DE2843133A1 - Integriertes schaltungsplaettchen und verbindungssubstrat fuer solche plaettchen sowie verfahren zu deren herstellung - Google Patents
Integriertes schaltungsplaettchen und verbindungssubstrat fuer solche plaettchen sowie verfahren zu deren herstellungInfo
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Description
- 7 Patentanwälte ι <■>
Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing. ^°^ I 0 O
E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser
Ernsbergerstrasse 19
8 München 60
2. Oktober 1978
COMPAGNIE INTERNATIONALE POUR L«INFORMATIQÜE
CII - HONEYWELL BULL
94, Avenue Gambetta
75020 Paris / Frankreich
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Integriertes Schaltungsplättchen und Verbindungssubstrat für solche Plättchen sowie Verfahren zu deren Herstellung
Die Erfindung betrifft ganz allgemein den mechanischen und/oder chemischen Schutz integrierter elektrischer
Schaltungen sowie der mit solchen Schaltungen versehenen Yerbindungssubsträte.
Genauer ausgedrückt, betrifft sie ein durch ein isolierendes
Harz gebildetes, eine integrierte elektrische Schaltung bildendes Plättchen sowie die mit einem solchen
Plättchen oder mehreren solchen Plättchen ausgestatteten Verbindungssubstrate, wobei diese Substrate geschützt sind
und das genannte Plättchen tragen.
Dr.Ha/Ma
909816/0766
Die Erfindung betrifft auch Verfahren zur Herstellung der Substrate oder Plättchen.
Die derzeit angewandten modernen Methoden zur Herstellung elektronischer Vorrichtungen und insbesondere der Anordnungen
zur Behandlung von Informationen machen mehr und mehr Gebrauch von nicht in Gehäuse eingeschlossenen
Halbleiterschaltungen. Diese gehäuselosen Vorrichtungen werden meistens als integrierte Schaltungsplättchen
("Chips" im angelsächsischen Sprachbereich) bezeichnet.
Solche integrierte Schaltungen bildende Plättchen, die z.B. in Form rechteckiger oder quadratischer Plättchen
mit Seitenlängen von einigen Millimetern und einer Dicke in der Größenordnung eines halben Millimeters vorliegen,
besitzen eine mit einer isolierenden Trägerschicht versehene inaktive Fläche und eine mit Schaltungselementen,
wie Widerständen, Kondensatoren, Transistoren, Dioden, versehene aktive Fläche, wobei diese Schaltungselemente
an am Umfang dieser aktiven Fläche befindlichen Anschlußflächen angeschlossen sind.
Bekannt ist im übrigen die Verwendung von Verbindungssubstraten, die allgemein in Form eines in der Regel aus
einem Isoliermaterial hergestellten Plättchens vorliegen, das mit Leitern in Form gedruckter Schaltungen auf dem
Plättchen versehen ist. Diese Leiter verteilen sich für gewöhnlich auf mehrere durch Isolierschichten getrennte
und untereinander durch Querverbindungen verbundene Schichten, wobei diese Querverbindungen in den Isolierschichten
gebildete Öffnungen sind, welche mit einem Leitermaterial zur Herstellung der Verbindungen zwischen
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übereinanderliegenden Leiterschichten ausgefüllt sind. Die äußere Leiterschicht des mehrschichtigen Verbindungssubstrats ist mit Gruppen von Anschlußklemmen versehen,
wobei jede Gruppe einen Bereich des Substrats abgrenzt, welcher für die Anbringung einer elektronischen Komponente,
z.B. eines integrierten Schaltungsplättchens, reserviert ist. Beispiele für die Anbringung von integrierte
Schaltungen bildenden Plättchen auf einem Verbindungssubstrat findet man in der DE-OS 27 04 266, sowie
in der französischen Patentanmeldung 77-03271.
Diese Plättchen werden in der Regel auf die aktive Fläche des Substrats an vorherbestimmten Stellen aufgeklebt und
jedes dieser Plättchen ist elektrisch mit einer auf der aktiven Fläche des Substrats befindlichen Verbindungsschaltung über Verbindungsleiter verbunden, welche die
Anschlußflächen des Plättchens mit den Anschlußklemmen des entsprechenden Bereichs der Verbindungsschaltung verbinden.
Ein Gebilde dieser Art ist in den Figuren 1 und 2 der Zeichnung dargestellt, welche einen Längsschnitt bzw.
eine Draufsicht auf ein Verbindungssubstrat 1 darstellen, welches integrierte Schaltungen 2a, 2b, 2d, usw. bildende
Plättchen trägt. Die aktive Seite 1a dieses Substrats trägt Anschlußklemmen, z.B. 3t die über Verbindungsleiter
mit Anschlußflächen 5 der aktiven Flächen, z.B. 2'a, der Plättchen, z.B. 2a, verbunden sind; die Bezugszeichen 1b
bzw. 2"a, 2"b, 2"c, 2"d, usw. bezeichnen die inaktiven
Flächen, die jeweils aus einer isolierenden Trägerschicht bzw. aus dem Verbindungssubstrat und den verschiedenen
Plättchen bestehen.
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- ίο -
In Fig. 1 sind lediglich für das Plättchen 2d die üblichen Schutzmittel einer in dem Plättchen gebildeten
integrierten Schaltung dargestellt, wobei diese Mittel aus einem das Plättchen 2d, seine Anschlußflächen 5>
die Anschlußklemmen 3, die benachbarte Zone der aktiven Fläche des Substrats 1 und die Verbindungsleiter 4
umhüllenden Isolierharz 6 bestehen.
Diese Art des Schutzes besitzt die folgenden Nachteile:
a) das verwendete Isolierharz, das mit einer guten Beständigkeit gegenüber Wärmeschocks und gegenüber
tiefen Temperaturen gewählt wird, besitzt keine gute mechanische Festigkeit, da man praktisch unmöglich
über ein Harz mit gleichzeitig so vielen unterschiedlichen Eigenschaften verfügt; daraus ergibt sich ein
schlechter mechanischer Schutz der Plättchen, was einen schlechten Schutz gegenüber angreifenden Stoffen,
Staubteilchen usw. mit sich bringt;
b) der einfache Ersatz eines fehlerhaften Plättchens ist nach Aufbringung des Isolierharzes nicht mehr
möglich, da das letztere auch die Anschlußflächen des VerbindungsSubstrats und mindestens die diesen
Anschlußflächen benachbarten Bereiche der Verbindungsschaltung überdeckt;
c) eine Reparatur der von dem Isolierharz bedeckten Teile der Verbindungsschaltung ist nicht möglich, es sei denn
man löst zuvor das Harz in einem geeigneten Mittel, z.B. einem organischen Lösungsmittel.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Beseitigung der vorstehend genannten Nachteile.
Das die erfindungsgemäße integrierte Schaltung bildende
Plättchen besitzt eine aktive, mit Schaltungselementen versehene Fläche, wobei diese Schaltungselemente mit am
Umfang dieser aktiven Fläche angeordneten Anschlußflachen
verbunden sind, und das Plättchen kennzeichnet sich dadurch, daß seine aktive Fläche mit einer oberflächlichen
Schicht aus einem Isolierharz bedeckt ist, das geschmeidig ist oder in Form eines erstarrten Gels vorliegt; diese
Schicht befindet sich ausschließlich auf dieser aktiven Fläche.
Das erfindungsgemäße, wie vorstehend beschrieben ausgerüstete
Verbindungssubstrat, bestehend aus (a) einem
beliebig geformten, das Verbindungssubstrat darstellenden Plättchen, das auf einer aktiven Fläche eine Verbindungsschaltung für die verschiedenen Plättchen trägt, (b) den
mit ihrer den aktiven Flächen gegenüberliegenden Flächen auf dem Verbindungssubstrat an vorherbestimmten Stellen
aufgeklebten integrierten Schaltungsplättchen und (c) die
vorstehend genannten Anschlußflächen der Plättchen mit zu der Verbindungsschaltung gehörenden Gruppen von
Anschlußklemmen verbindenden Verbindungsleitern, wobei jede Gruppe von Anschlußklemmen ein bestimmtes Plättchen
umgibt, kennzeichnet sich dadurch, daß die aktive Fläche jedes Plättchens mit einer oberflächlichen Schicht aus
geschmeidigem oder einem erstarrten Gel bestehenden Isolierharz bedeckt ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das genannte Verbindungssubstrat mit einer vorzugsweise
zusammenhängenden äußeren Schicht aus einem zweiten starren und mechanisch widerstandsfähigen Isolierharz
bedeckt, wobei diese äußere Schicht mindestens die oberflächliche Schicht aus Isolierharz und die genannten
Anschlußklemmen überdeckt und die diese Klemmen mit den genannten Anschlußflächen verbindenden Leiter umhüllt.
Gemäß der Erfindung werden die genannten Isolierharze vorzugswel se aus der Gruppe der Silikone ausgewählt.
Das zur Bedeckung der aktiven Fläche der integrierte Schaltungen bildenden Plättchen verwendete geschmeidige
Isolierharz ist vorzugsweise das unter der Handelsbezeichnung "XR 90714" (Dow Corning) bekannte Harz, das
1*5 einen Volumenwiderstand in der Größenordnung von 2.10 J
16 Ohm.cm und einen Oberflächenwiderstand von etwa 7*10 Ohm
besitzt (gemessen nach der ASTM-Methode D 257), wobei dieses
Harz auch gut Wärmeschocks aushält und tiefe Temperaturen bis zu etwa -600C verträgt.
Anstatt ein Harz dieses Typs zu verwenden, kann das die genannten Plättchen bedeckende Silikonharz auch gemäß
einer Ausführungsform der Erfindung in Form eines erstarrten Gels vorliegen. Unter dem Ausdruck "erstarrtes Gel"
versteht man ein Produkt mit der Struktur eines Gels, welches jedoch, mindestens bei den Gebrauchstemperaturen,
eine ausreichend feste Konsistenz besitzt, um einen Schutz der Plättchen zu gewährleisten, wobei ein solcher Stoff
natürlich die übliche Konsistenz eines Gels bei höheren Temperaturen als die Gebrauchstemperatur, insbesondere
bei Umgebungstemperatur, besitzen kann. Dieses erstarrte
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Gel kann gegebenenfalls mit einer feinen Metallkapsel bedeckt werden, die das Fließen oder die zufällige
Beschädigung des Gels, wenn dieses sich evtl. auf diesen höheren Temperaturen befindet, verhindert. Als Beispiel
für ein solches elektrischisolierendes Gel sei das unter der Handelsbezeichnung "Q3-6527" (Dow Corning) bekannte
Gel genannt, welches bei niedrigen Temperaturen eine geeignete Konsistenz besitzt und das bis zu Temperaturen
in der Größenordnung von -600C (Volumenwiderstand
1,42·10 ^ Ohm·cm) verwendbar ist.
Das starre und mechanisch beständige, die genannte Außenschicht bildende Isolierharz ist zweckmäßig das unter der
Handelsbezeichnung "XR 648" (Dow Corning) bekannte und wird vorteilhafterweise zusammen mit einer Oberflächenschicht
aus dem genannten Harz 1KR 90714" verwendet. Die
Strukturanalogie dieser beiden Harze bedingt eine gute
Verträglichkeit zwischen diesen Harzen und eine gute Haftung zwischen diesen beiden Schichten.
Dieses Harz "XR 648" besitzt einen Volumenwiderstand von
26.10 Ohm«cm, eine sehr gute mechanische Festigkeit und
eine große Härte und es hält auch Temperaturen bis zu -30°C aus, was ihm ermöglicht, die Rolle eines wirksamen
Schutzes der integrierte Schaltungen bildenden Plättchen zu spielen, indem es beträchtlich die Schutzrolle des
Harzes "XR 90714" verstärkt. Bei alleiniger Verwendung zur direkten Bedeckung der aktiven Fläche eines Plättchens
wäre dieses Harz "XR 648" zu starr, nicht beständig genug gegenüber Wärmeschocks und es könnte keine ausreichende
Schutzrolle spielen.
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Aus vorstehendem ergibt sich, daß der eingangs unter a) genannte Nachteil durch die vorliegende Erfindung
vollständig beseitigt wird.
Andererseits kann man leicht ein Plättchen auf einem Verbindungssubstrat durch ein anderes zu einem beliebigen
Zweck ersetzen (Reparatur oder Änderung der elektrischen Schaltung), und zwar selbst nachdem dieses Plättchen
durch die geschmeidige, vorstehend genannte isolierende oberflächliche Harzschicht teilweise geschützt ist, wenn
nur die äußere Schicht aus isolierendem, starrem und mechanisch widerstandsfähigem Harz noch nicht auf die
Oberflächenschicht aufgebracht wurde, und zwar sowohl vor Anbringung der Verbindungsleiter an die Anschlußklemmen
des Verbindungssubstrats als auch nach einer solchen Anbringung; tatsächlich ist es leichter und geht es
schneller, die Schweißstellen zu durchtrennen, das Plättchen zu verändern und die Verbindungsleiter erneut an
den Anschlußklemmen an das Plättchen anzuschweißen, als ein die Leiter und die Anschlußstellen umhüllendes Harz
aufzulösen, dann die Schweißstellen zu unterbrechen, die Plättchen zu ersetzen und erneut anzuschweißen und
schließlich das neue Plättchen durch das Harz zu schützen.
Der vorstehend unter b) beschriebene Nachteil wird somit durch die vorliegende Erfindung ebenfalls aufgehoben.
Außerdem kann man gegebenenfalls jeden beliebigen Teil
der zu dem Verbindungsstubstrat gehörigen Verbindungsschaltung reparieren oder ändern, selbst nachdem die
integrierte Schaltvngen bildenden Plättchen mit der isolierenden
geschmeidigen oberflächlichen Harzschicht versehen wurden und diese Plättchen auf dem Verbindungs-
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substrat angeordnet und/oder fixiert und/oder elektrisch mit diesem Substrat verbunden wurden, was den
vorstehend unter c) genannten Nachteil beseitigt.
Die Erfindung besitzt noch einen zusätzlichen, nachstehend
erläuterten Vorteil. Durch die richtige Wahl der beiden Harze und eines Mittels, was diese selektiv
löslich macht oder entfernt, z.B. eines selektiv sich gegenüber diesen Harzen verhaltenden organischen Lösungsmittels,
kann man die äußere Schicht entfernen, ohne in irgendeiner Weise die darunter befindliche, die aktive
Fläche jedes Plättchens bedeckende Oberflächenschicht zu entfernen, d.h. sie in irgendeiner Weise zu verändern,
so daß selektive Reparaturen der Verbindungsschaltung, der Anschlußklemmen oder der genannten Verbindungsleiter
möglich sind.
Natürlich kann man auch gegebenenfalls die Oberflächenschicht eines gemäß der Erfindung isolierten und geschützten
Plättchens entfernen oder die beiden Schutzschichten eines diese Plättchen tragenden Verbindungssubstrats entfernen, und zwar mittels eines die beiden
Schichten löslich machenden Mittels, oder mit Hilfe von zwei nacheinander zur Einwirkung kommenden Mitteln, die
selektiv und nacheinander auf jede dieser Schichten wirken, so daß man gegebenenfalls bestimmte integrierte
Schaltungen reparieren oder deren elektrische Eigenschaften modifizieren kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Harzmenge der Oberflächenschicht jedes Plättchens so
gewählt, daß die äußere Fläche dieser Schicht auf Höhe der Ränder der aktiven Fläche des Plättchens einen Winkel
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von etwa 25 bis 45° bildet, wobei diese Werte von den vorzugsweise angewendeten Verfahren zur Bildung der
Oberflächenschicht abhängen, wie dies nachstehend näher erläutert wird.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erzielung eines eine integrierte Schaltung bildenden Plättchens kennzeichnet
sich dadurch, daß man die aktive Fläche des Plättchens mit einem Isolierharz im fließfähigen oder
pastenförmigen Zustand bedeckt, dieses durch Polymerisation verfestigt (z.B. durch Erhitzen und/oder Trocknen),
so daß man ein geschmeidiges oder gelförmiges isolierendes Harz erhält, worauf man dieses Gel zur Erzielung eines
erstarrten Gels abkühlt.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform dieses Verfahrens, welches das Ausgießen des freien Raums zwischen der aktiven
Fläche des Plättchens und den Ausgangspunkten der Verbindungsleiter in Nähe der Anschlußflächen des Plättchens
durch das Isolierharz der Oberflächenschicht erlaubt, wobei dieser Hohlraum beispielsweise nur etwa 10 Mikron
hoch sein kann, bringt man zunächst eine erste Unterschicht aus dem genannten Isolierharz in einem ziemlich
fließfähigen Zustand auf, damit das Harz in den genannten Raum hineinfließt und ihn ausfüllt, man verfestigt dieses
Harz durch Polymerisation und bringt dann auf diese erste Unterschicht eine zweite Unterschicht aus dem gleichen
Harz, jedoch in einem etwas viskoseren Zustand auf, der vorzugsweise durch Vorpolymerisation erzielt wurde, wobei
diese zweite Unterschicht dicker ist als die erste Unterschicht, worauf man diese zweite Unterschicht durch Fortführung
der Polymerisation verfestigt.
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Zur Erzielung eines geschützten Verbindungssubstrats, das ein eine geschützte integrierte Schaltung bildendes
Plättchen trägt, kann man zweckmäßig wie folgt vorgehen: Man bringt auf die auf dem Substrat befindlichen verschiedenen
Plättchen die Oberflächenschicht unter den vorstehend angegebenen Bedingungen auf, worauf man auf
die aktive Fläche des Substrats die genannte äußere Schicht bildendes Harz so aufbringt, daß es seinen
elektrisch isolierenden starren und mechanisch widerstandsfähigen Endzustand erreichen kann.
Das isolierende Harz der Oberflächenschicht und/oder
das Harz der Außenschicht kann in vorpolymerisierter oder nicht-polymerisierter Form, gegebenenfalls in Abwesenheit
jeglichen Lösungs- oder Dispergierungsmittels aufgebracht werden, wie dies im Fall des Silikonharzes "XR 90714"
möglich ist.
Die Anmelderin hat die optimalen Bedingungen für eine
Benetzbarkeit der aktiven Fläche eines Plättchens durch das Harz der genannten Oberflächenschicht bei dessen
Aufbringung auf die aktive Fläche festgestellt; der Anschluß- oder Verbindungswinkel θ des auf diese aktive
Fläche aufgebrachten Harzfilms oder -tropfens soll vorzugsweise etwa 22 bis 45° betragen; für einen Wert des
Winkels θ unter 22° ist die Benetzbarkeit zu groß und der geringe Wert dieses Anschlußwinkels bedingt dann,
daß die durchschnittliche Dicke der Oberflächenschicht zu gering ist, um einen wirksamen Schutz dieser aktiven
Fläche zu gewährleisten; eine geeignete Dicke beträgt etwa 2 mm in der Mitte des die integrierte Schaltung
bildenden Plättchens; andererseits läuft das Harz Gefahr, über den Umkreis dieser aktiven Fläche hinauszufließen;
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für einen Anschlußwinkel θ über etwa 45° ist die Haftung zwischen der oberflächlichen Harzschicht und der aktiven
Fläche zu gering und diese Schicht kann sich daher spontan abheben oder zufällig abgerissen werden, was das Plättchen
zerstört oder mindestens die Qualität oder Wirksamkeit seines Schutzes beeinträchtigt.
Weitere Merkmale, Zwecke oder Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit
Fig. 3 bis 11 der Zeichnung ersichtlich, in welcher zeigen:
Fig. 3 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäß geschütztes, eine integrierte elektrische Schaltung
bildendes Plättchen,
Fig. 4 eine Draufsicht auf das Plättchen von Fig. 1,
Fig. 5 eine Schnittansicht einer mit geschützte integrierte elektrische Schaltungen bildenden Plättchen versehenen
Verbindungsschaltung, wobei sowohl diese Plättchen als auch das gesamte damit versehene
Verbindungssubstrat in den Rahmen der Erfindung fallen,
Fig. 6 eine Schnittansicht durch das Verbindungssubstrat von Fig. 5 nach Erzielung eines zusätzlichen
Schutzes der gesamten aktiven Fläche dieses Substrats, wobei diese Ausführungsform ebenfalls in
den Rahmen der Erfindung fällt,
Fig. 7 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäß geschützten,
eine integrierte Schaltung bildenden Plättchens während seiner Herstellung,
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Fig. 8 eine Schnittansicht eines Abschnitts eines Verbindungssubstrats,
eines erfindungsgemäß geschützten, eine integrierte elektrische Schaltung
bildenden Plättchens und eines Positionierungsfilms dieses Plättchens, wobei die Fig. 8
erläutert, wie die Stufe der Erzielung des die geschützte integrierte Schaltung bildenden
Plättchens in den Rahmen eines bekannten Verfahrens zur Anbringung eines solchen Plättchens
auf einem Verbindungssubstrat eingebaut werden kann,
Fig. 9 eine Draufsicht auf die in Fig. 8 gezeigte Anordnung in einem in bezug auf Fig. 8 verzerrten
Maßstab,
Fig.10 eine Schnittansicht eines eine erfindungsgemäß
geschützte integrierte elektrische Schaltung bildenden Plättchens, welche den Anschluß- oder
Verbindungswinkel θ zwischen dem Harz der Oberflächenschicht in fließfähigem Zustand und
der aktiven Fläche des Plättchens zeigt,
Fig.11 eine graphische Darstellung des Cosinus des Anschlußwinkels
θ als Funktion der Oberflächenspannung des Harzes im fließfähigen Zustand in
dyn.cm , und
Fig.12 eine perspektivische Darstellung eines eine erfindungsgemäß
geschützte integrierte elektrische Schaltung bildenden Plättchens sowie des Bruchteils
des Verbindungssubstrats, welches das Plättchen
trägt.
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Die Figuren 3 und 4 zeigen ein eine geschützte integrierte elektrische Schaltung bildendes Plättchen,
bestehend aus einem Plättchenkörper 6, der auf seiner aktiven Fläche 6a Schaltungselemente (nicht dargestellt)
trägt, welche mit den Anschlußflächen 7 verbunden sind, der aus einer isolierenden Trägerschicht 6b gebildeten
inaktiven Fläche, den Verbindungsleitern 8, deren eines Ende an die Anschlußflächen 7 angeschweißt ist,
und der elektrisch isolierenden und geschmeidigen oberflächlichen Harzschutzschicht 9; diese letztere kann
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung durch ein isolierendes Harz in Form eines erstarrten Gels der vorstehend
beschriebenen Art ersetzt sein.
Man stellt fest, daß die isolierende Oberflächenschicht sich nicht über den Umriß 10 der aktiven Fläche 6a hinaus
erstreckt.
Die Figuren 5 und 6 zeigen ein allgemein mit 11 bezeichnetes Verbindungssubstrat, das in an sich bekannter Weise
eine isolierende Trägerschicht 11b umfaßt, welche die
inaktive Fläche des Substrats bildet, und eine Vielzahl von Isolierschichten über dieser Schicht 11b mit leitenden
Durchgängen, z.B. 12, sowie an den Zwischenflächen zwischen diesen Schichten und auf der obersten Schicht Leiter, die
sämtlich mit 13 bezeichnet sind, und in der aktiven Fläche 11a des Substrats eine Verbindungsschaltung mit Anschlußklemmen
14 bilden. In an sich bekannter Weise sind integrierte Schaltungen bildende Plättchen auf der aktiven
Fläche 11a dieses Verbindungssubstrats aufgeklebt und die Verbindungsleiter 8 dieser Plättchen sind an die Anschlußflächen
14 angeschweißt. Gemäß der Erfindung ist die aktive Fläche 6a der Plättchen mit einer isolierenden geschmeidigen
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oberflächlichen Harzschicht 9 bedeckt, wie dies vorstehend schon in bezug auf Fig. 3 und 4 gezeigt wurde.
Bei der Ausführungsform von Fig. 5 sind die Verbindungsleiter 8, die Anschlußklemmen 14 und die von der aktiven
Fläche 11a des Verbindungssubstrats 11 getragene Verbindung sschaltung nicht von einem Isolierharz bedeckt,
was den eventuellen Ersatz der integrierte Schaltungen bildenden Plättchen durch andere gleichartige Plättchen,
welche integrierte Schaltungen mit einer anderen elektrischen Struktur bilden können, gestattet, ohne daß eine
Auflösung von Harz erfolgen muß, wie dies bei den bekannten, harzgeschützten integrierten elektrischen Schaltungen der
Fall ist.
Bei der Ausführungsform von Fig. 6 sind die elektrisch
isolierenden geschmeidigen Harzoberflächenschichten 9 ebenso wie die ganze freie aktive Fläche des Verbindungssubstrats 11 mit einer äußeren Schicht 15 aus einem elektrisch
isolierenden starren und mechanisch sehr beständigen Harz bedeckt, das außerdem eine hohe Härte aufweist,
was einen erhöhten Schutz der gesamten Schaltung gegenüber mechanischen Mitteln und chemischen Angriffen, einschließlich
der üblichen Angriffe durch Feuchtigkeit, der Einwirkung von Luft, agressiven Dämpfen, Staub usw. gestattet.
Das Harz der Oberflächenschicht 9 ist insbesondere das unter der Handelsbezeichnung "XR 90714" bekannte Silikonharz,
während dasjenige der Außenschicht 15 insbesondere das unter der Handelsbezeichnung "XR 648" bekannte Silikonharz
oder das Harz "XR 90714" oder das Silikongel »93-6527"
ist.
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Fig. 7 zeigt, wie ein eine geschützte integrierte elektrische Schaltung gemäß der Erfindung bildendes Plättchen
erhalten werden kann. Dieses Plättchen, an dessen Anschlußflächen 7 auf der aktiven Fläche 6a man Abschnitte von
Leitern 8 angeschweißt hat (deren den Anschlußflächen 7 entgegengesetzte Enden hier provisorisch frei bleiben),
wird auf einem geeigneten Träger 16 angebracht, worauf man die Oberflächenharzschicht 9 aufbringt, und zwar entweder
auf einmal oder in zwei Stufen, wie dies nachstehdnd im Fall der Verwendung des Silikonharzes "XR 90714" angegeben
ist.
Man verändert zunächst die Fließeigenschaften des im Handel erhältlichen Harzes XR 90714, indem man seine Viskosität
durch partielle Polymerisation oder Vorpolymerisation unter Einwirkung von Wärme erhöht; dies erfolgt
während 2 Minuten bei 125°C, was ein Produkt mit einer Viskosität von 6000 Centipoisen bei 20°C ergibt (Dauer
des Temperaturanstiegs auf 1250C: 3 Minuten; Dauer des Absinkens der Temperatur auf 200C: 2 Minuten); unter diesen
Bedingungen breitet sich das Harz auf der aktiven Fläche des Plättchens bei 20°C gleichmäßig aus und der Anschlußoder
Verbindungswinkel θ beträgt zwischen 25 und 45°, was der Oberflächenschicht eine ausreichende mittlere Dicke
verleiht.
Die nachstehende Tabelle zeigt den Einfluß der Dauer der Erhitzung auf 125°C auf die Qualität der Harzabscheidung
auf der aktiven Fläche des die integrierte Schaltung bildenden Plättchens.
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Verweilzeit auf 125°C | 0 Min. | 2 Min. | 3 Min. | 5 Min. | |
Viskosität bei 200C |
4.000 cps fließend |
6.000 cps Sirup |
9.000 cps Paste |
25.000 cps Fett |
|
Torrn der Harzab- scheidung lach voll ständiger Polymeri sation |
zu starke Ausbrei tung θ < 25° |
richtige Abschei dung 25°<θ<45° |
richtige Abschei dung 25°<θ<45° |
unregel mäßige Ab scheidung |
Zur eigentlichen Aufbringung des Harzes XR 90714 geht man dann wie folgt vor:
- man breitet zunächst mit einem feinen Pinsel eine nichtvorpolymerisierte
Harzschicht auf der aktiven Fläche des Plättchens aus; dieses nicht-vorpolymerisierte Harz ist
fließfähig genug, um sich vollständig auf der gesamten aktiven Fläche und insbesondere an der Stelle geringer
Dicke unterhalb der Ausgangspunkte der Verbindungsleiter, in Nähe der Anschlußflächen des Plättchens auszubreiten;
dann polymerisiert man 1 Stunde bei 1250C (dem Harz waren
zuvor 10 % eines geeigneten Katalysators zugegeben worden);
- dann verwendet man das auf die vorstehend beschriebene Art 2 Minuten bei 1250C vorpolymerisierte Harz XR 90714,
das ebenfalls die angegebene Menge Katalysator enthält; die Aufbringung dieser zweiten Unterschicht aus Harz
XR 90714 erfolgt mittels eines feinen Pinsels; infolge der größeren Viskosität des Harzes erhält man auf jeden
Fall eine ausreichend dicke Oberflächenschicht 9, die mit dem
fließfähigen, nicht-vorpolymerisierten Harz allein nicht
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hätte erhalten werden können (der Anschluß- oder Verbindungswinkel
θ wäre dann zu gering gewesen); diese zweite Unterschicht polymerisierte man durch zweistündiges
Erwärmen auf 125°C.
Bei der Ausführungsform von Fig. 8 und 9 wurde die Oberflächenschicht
9 der integrierte Schaltungen bildenden Plättchen 6 aufgebracht, nachdem in an sich bekannter Weise
diese Plättchen mit einem Trägerfilm 17 fest verbunden worden waren, welcher die Vorpositionierung der Plättchen
in bezug auf das Verbindungssubstrat 11 gestattet.
Dieser Trägerfilm 17 besitzt Fenster, z.B. 17a, in welche die Plättchen eingesetzt sind; zu diesem Zweck besitzt der
Film 17 Leiterbänder, z.B. 18, die durch Metallisierung der Oberfläche des Films 17 erhalten wurden, wobei diese Bänder
sich bei 18a über die Fenster 17a hinaus erstrecken; diese Verlängerungen 18a sollen die Verbindungsleiter 8 bilden,
welche die Anschlußflächen 7 der Plättchen mit den Anschlußklemmen 14 der aktiven Fläche 11a des VerbindungsSubstrats
11 verbinden.
In an sich bekannter Weise wurden die Plättchen 6 in den Fenstern 17a zentriert, die wiederum selbst über den Stellen
der aktiven Fläche des Verbindungssubstrats 11 zentriert sind, welche die Plättchen aufnehmen sollen.
Alsdann wird gemäß der Erfindung die Oberflächenschicht 9 aus Isolierharz aufgebracht und polymerisiert (in der in
durchgehenden Linien in Fig. 8 dargestellten Stellung).
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In an sich bekannter Weise schneidet man dann entlang dem Umriß 19 die Leiterbänder 18 und, nachdem die inaktive
Fläche 6b der Plättchen 6 mit einem Klebstoff versehen wurde, bringt man diese Plättchen an den entsprechenden
Stellen der aktiven Fläche 11a des VerbindungsSubstrats
so an, daß die Plättchen auf diesem Substrat festsitzen; dann wird der Klebstoff getrocknet und die Verlängerungen
18a, welche die Verbindungsleiter 8 geworden sind, werden an den auf der aktiven Fläche des Verbindungssubstrats
befindlichen Anschlußklemmen 14 angeschweißt.
Nach Beendigung dieses Vorgangs und nach Durchführung aller erwünschten Kontrollen wird die Außenschicht 15 aus
starrem und mechanisch festem Harz aufgebracht, die in Fig. 8 nicht dargestellt, jedoch aus Fig. 6 ersichtlich
ist.
Fig. 10 zeigt das die integrierte Schaltung bildende Plättchen 6 mit der isolierenden geschmeidigen Harzoberflächenschicht
9, deren Anschlußwinkel mit der aktiven Fläche 6a des Plättchens 6 mit θ bezeichnet ist. Die
Kurve von Fig. 11 gibt den Cosinus des Winkels θ als Funktion der Oberflächenspannung im nicht-polymerisierten
Zustand des Harzes wieder (der Winkel 0 wird während der Polymerisation des Harzes auf der aktiven Fläche des
Plättchens nicht wesentlich verändert). Aus den vorstehend angegebenen Gründen beträgt der Anschlußwinkel vorzugsweise
zwischen 25 und 45°, was einem cos 0 zwischen etwa 0,9 und 0,7 und infolgedessen einer Oberflächenspannung
zwischen 30 und 36 dyn/cm entspricht. Diese Oberflächenspannung
gegenüber der aktiven Fläche des Plättchens muß somit das verwendete Harz im Augenblick seiner Aufbringung
besitzen.
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Es sei bemerkt, daß zur Erzielung einer Oberflächenschicht mit den bestmöglichen Eigenschaften zweckmäßig
das Harz entgast wird, was beispielsweise dadurch erreicht wird, daß man es 20 Minuten unter einem Druck von 2 mmHg hält
und zur Aufbringung des Harzes eine automatische Vorrichtung betätigt, so daß genaue und reproduzierbare Bedingungen
bei der Aufbringung herrschen; beispielsweise kann man eine Vorrichtung zur Abgabe von Flüssigkeitströpfchen
verwenden, wie sie von der Firma Laurier Associates Inc., Modell M101, hergestellt wird, wobei die Tropfen vorzugsweise
aus einem Abstand von etwa 2 mm oberhalb der aktiven Fläche der Plättchen abgegeben werden.
Fig. 12 zeigt das Verbindungssubstrat 11, die Anschlußklemmen 14, die Verbindungsleiter 8 und das die integrierte
Schaltung 6 mit der Oberflächenschicht 9 aus geschmeidigem isolierenden Harz bildende Plättchen; man bemerkt, daß der
hier dargestellte Anschlußwinkel θ einen Wert von etwa 40 bis 45° besitzt.
Die Viskosität des Harzes "XR 648" im Augenblick seiner Aufbringung soll vorzugsweise zwischen 80 und 140 Centipoisen
betragen; das Harz wird dann mit einer etwa gleichen Xylolmenge (49 bis 52 % Feststoffe in dem verflüssigten
Harz) gemischt; eine Dicke von 1,5 mm der Außenschicht über
der Oberflächenschicht reicht aus. Die Polymerisation dieses Harzes erfolgt durch zweistündiges Erwärmen auf
1500C.
Anstatt das Harz "XR 90714" zur Bildung der Oberflächenschicht zu verwenden, kann man auf folgende Weise ein
Silikongel bilden: Man mischt im Moment der Herstellung dieser Schicht das Silikonharz A und den Härter B des unter
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der Handelsbezeichnung Q3-6527 (Dow Corning) bekannten
Produkts; man erhält ein Gemisch mit einer Dichte von 0,97, dessen Viskosität 510 Centistokes beträgt; der
Trockenextrakt beträgt 98,2 %; nach Aufbringung des so
erhaltenen Gemischs polymerisiert man das Harz zur Erzielung eines Gels unter den folgenden Bedingungen: vierstündiges
Erwärmen auf 650C, dann einstündiges Erwärmen
auf 1000C, dann 15 Minuten auf 1500C.
Die Ausbesserung eines mit der Oberflächenschicht 15 aus einem der vorstehend genannten Isolierharze versehenen
Substrats kann durch Auflösung dieser Schicht in verschiedenen organischen Lösungsmitteln erfolgen: Eines
dieser Lösungsmittel, das am einfachsten zu verwenden ist, ist unter der Handelsbezeichnung »WEHA-SOLVE SI" (S.C.P.C.)
bekannt und erlaubt die Entfernung dieser Oberflächenschicht durch Auflösung beim Eintauchen des Plättchens
oder Eintauchen eines Teils der Verbindungsschaltung
während beispielsweise 6 Minuten in diesem 110°C warmen Lösungsmittel; die metallischen Teile und die Schichten
aus Isoliermaterial werden nicht angegriffen (keinerlei Korrosion), während die Haftung des Plättchens auf dem
Substrat nicht verändert wird, wenn man nach der Lösung dieses Lösungsmittel gut abspült und ein geeignetes Klebmittel
oder einen geeigneten Klebstoff zur Fixierung des Plättchens auf dem Substrat verwendet hatte.
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Claims (17)
- PatentanwälteDipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-ing.E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. LeiserErnsbergerstrasse 198 München 60
- 2. Oktober 1978COMPAGNIE INTERNATIONALE POUR L·INFORMATIQUE CII - HONEYWELL BULL
94, Avenue Gambetta
75020 Paris / FrankreichUnser Zeichen; C 3208PatentansprücheIntegriertes Schaltungsplättchen mit einer aktiven Fläche mit Schaltungselementen, welche mit am Umfang dieser aktiven Fläche befindlichen Anschlußflächen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Fläche vollständig von einer Oberflächenschicht aus isolierendem, geschmeidigem oder in Form eines verfestigten Gels vorliegendem Harz bedeckt ist, wobei sich diese Schicht ausschließlich auf der aktiven Fläche befindet.2. Plättchen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht aus dem geschmeidigen isolierenden Harz mit der aktiven Fläche des Plättchens einen Winkel von etwa 25 bis 45° bildet. - 3. Plättchen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmeidige isolierende Harz ein Silikonharz ist, insbesondere das unter der Handelsbezeichnung "XR 90714" (Dow Corning) bekannte.Dr.Ha/Ma 909816/0766
- 4. Plättchen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende, ein erstarrtes Gel bildende Harz ein unter der Handelsbezeichnung "Q3-6527" (Dow Corning) bekanntes Silikongel ist.
- 5. Verbindungssubstrat für integrierte elektrische Schaltungen bildende Plättchen, bestehend aus einer das Verbindungssubstrat darstellenden Platte mit einer aktiven Fläche, die eine Verbindungsschaltung trägt, wobei die Platte mit mindestens einem eine integrierte elektrische Schaltung bildenden Plättchen mit einer aktiven Fläche ausgestattet ist, welche mit am Umfang der aktiven Fläche befindlichen Anschlußklemmen verbundenen Schaltungselementen versehen ist, und wobei das Plättchen mit seiner der aktiven Fläche gegenüberliegenden Fläche auf dem Verbindungssubstrat an vorherbestimmten Stellen desselben aufgeklebt ist und Verbindungsleiter die genannten Anschlußflächen mit Gruppen von Anschlußklemmen, welche zu der Verbindungsschaltung gehören, verbinden, wobei jede Gruppe von Anschlußklemmen ein bestimmtes Plättchen umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Fläche des Plättchens vollständig von einer Oberflächenschicht aus isolierendem geschmeidigem oder in Form eines erstarrten Gels vorliegendem Harz bedeckt ist, wobei diese Oberflächenschicht sich ausschließlich auf dieser aktiven Fläche befindet.
- 6. Substrat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,daß es mit einer vorzugsweise zusammenhängenden Außenschicht aus einem zweiten isolierenden, starren und mechanisch widerstandsfähigen Harz bedeckt ist, wobei diese Außenschicht mindestens die Oberflächenschicht309816/0766aus isolierendem Harz und die Anschlußklemmen bedeckt und die diese Anschlußklemmen mit den Anschlußflächen verbindenden Leiter umhüllt.
- 7. Verbindungssubstrat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Harz der Oberflächenschicht und das isolierende Harz der Außenschicht in bestimmten Mitteln, z.B. organischen Lösungsmitteln, verschiedene Löslichkeitseigenschaften besitzen, so daß die Außenschicht selektiv ohne Entfernung der Oberflächenschicht jedes Plättchens derart entfernt werden kann, daß selektive Reparaturen der Verbindungsschaltung, der Anschlußklemmen oder der Verbindungsleiter möglich sind.
- 8. Substrat nach einem der Ansprüche 5» 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß das geschmeidige isolierende Harz ein Silikonharz, insbesondere das unter der Handelsbezeichnung "XR 90714" (Dow Corning) bekannte ist.
- 9. Substrat nach einem der Ansprüche 5» 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß das als erstarrtes Gel vorliegende isolierende Harz ein unter der Handelsbezeichnung "Q3-6527" (Dow Corning) bekanntes Silikongel ist.
- 10. Substrat nach einem der Ansprüche 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das starre und mechanisch widerstandsfähige isolierende Harz ein Silikonharz, insbesondere das unter der Handelsbezeichnung "XR 648" (Dow Corning) bekannte ist.909816/0768
- 11. Substrat nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder der Oberflächenschicht aus isolierendem geschmeidigem Harz mit der aktiven Fläche jedes Plättchens einen Anschlußwinkel von etwa 25 bis 45° bilden.
- 12. Verfahren zur Herstellung eines eine integrierte elektrische Schaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 bildenden Plättchens, dadurch gekennzeichnet, daß man die aktive Fläche des Plättchens mit einem isolierenden, fließfähigen oder pastenförmigen Harz bedeckt und dieses durch Polymerisation so verfestigt, daß man ein geschmeidiges isolierendes Harz oder ein Gel erhält, worauf man dieses Gel zur Erzielung eines erstarrten Gels abkühlt.
- 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst eine Unterschicht aus dem isolierenden Harz in einem so fließfähigen Zustand aufbringt, daß das Harz sich vollständig über die aktive Fläche des Plättchens ausbreitet und in den Zwischenraum zwischen der aktiven Fläche und den Ausgangsstellen der Verbindungsleiter in Nähe der Anschlußflächen hineinfließt, daß man das Harz dann durch Polymerisation verfestigt und anschließend auf diese erste Unterschicht eine zweite Unterschicht aus dem gleichen Harz, jedoch in einem vorzugsweise durch Vorpolymerisation erzielten viskoseren Zustand aufbringt, wobei diese zweite Unterschicht eine größere Dicke aufweist als die erste, worauf man diese zweite Schicht durch Vervollständigung der Polymerisation verfestigt.909816/0766
- 14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Harz in vorpolymerisierter Form oder in nicht-polymerisierter Form in Abwesenheit von Lösungsmittel oder Dispergierungsmittel aufgebracht wird.
- 15. Verfahren zur Herstellung eines Verbindungssubstrats nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, d-n man die aktive Fläche jedes Plättchens mit einem fließfähigen oder pastenförmigen isolierenden Harz bedeckt und dieses durch Polymerisation unter Erzielung eines isolierenden, geschmeidigen oder gelförmigen Harzes verfestigt und anschließend dieses Gel unter Erstarrung abkühlt.
- 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst auf j<^des Plättchen eine erste Unterschicht aus dem isolierenden Harz in einem so fließfähigen Zustand aufbringt, daß das Harz die aktive Fläche des Plättchens völlig bedeckt und in den Zwischenraum zwischen der aktiven Fläche und den Ausgangsstellen der Verbindungsleiter in Nähe der Anschlußflächen hineinfließt, daß man dieses Harz dann durch Polymerisation verfestigt und anschließend auf die erste Unterschicht eine zweite Unterschicht aus dem gleichen Harz, jedoch in einem vorzugsweise durch Vorpolymerisation erzielten viskoseren Zustand aufbringt, wobei diese zweite Unterschicht dicker ist als die erste Unterschicht, worauf man die zweite Unterschicht durch Vervollständigung der Polymerisation verfestigt.909816/0766
- 17. Verfahren zur Herstellung eines Verbindungssubstrats nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß man nach Aufbringung der Oberflächenschicht ein isolierendes, starres und mechanisch widerstandsfähiges Harz auf die aktive Fläche des VerbindungsSubstrats und auf die Harzoberfläche jedes Plättchens aufbringt und dann dieses Harz unter Bildung der äußeren Harzschicht verfestigt.909816/0766
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