DE3017447C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Träger mit einer beid
seitig teilweise metallbeschichteten Platte aus einem star
ren Material mit einer hohen Dielektrizitätskonstante ε 1
zur Aufnahme eines elektronischen Schaltkreises.
Der Träger soll als sogenannter chip-
carrier auch Hybridschaltkreise aufnehmen und gegebenenfalls
einen Teil eines Mikrogehäuses bilden können.
Hybridschaltkreise vereinigen auf ein und derselben Trägerplatte
Bauteile, von denen einige sogenannte diskrete Bauteile sind, wie
Transistoren, Widerstände, Kapazitäten, und andere integrierte
Schaltkreise sind. Diese liegen entweder in Form von Mikrogehäu
sen vor, meist umhüllt von Kunststoff, oder in Form von nackten
Chips; in diesem Fall sind sie in Mikrogehäusen aus Keramik
ohne Kontaktstifte gekapselt, die Chip-Träger (chip-
carrier) genannt werden.
Im übrigen erfordert ein Schaltkreis häufig mindestens eine oder
zwei Entkoppelungskapazitäten, die nicht integrierbar sind und
erhebliche Abmessungen bezüglich der Abmessung des integrierten
Schaltkreises aufweisen. Auf diese Weise nimmt die Anordnung von
beispielsweise Eingangskapazität, Schaltkreis, Ausgangskapazität
auf der Trägerplatte des Hybridschaltkreises eine nicht zu ver
nachlässigende Fläche ein, was im Widerspruch steht zu der Er
höhung der Dichte, welche durch den hohen Entwicklungsstand der
gegenwärtigen Materialien erzwungen wird.
Allgemein weist ein Hybridschaltkreis auf einer Träger
platte zahlreiche Bauelemente auf, z. B. gekapselte Schalt
kreise und wenigstens einen Entkoppelungskondensator für
den Eingang/Ausgang oder die Verbindung zwischen aktiven
Schaltkreisen. Die Schaltkreise sind oft in einem Keramik
gehäuse, einem sogenannten chip-carrier gekapselt. Der oder
die zur Koppelung dienenden Kondensatoren, die neben einem
aktiven Schaltkreis, wie einem integriertem Schaltkreis,
auf die Trägerplatte geschweißt oder gelötet sind, nehmen
eine erhebliche Fläche im Mikrogehäuse ein, die in jedem
Fall größer ist als die des nackten Chips des aktiven Schalt
kreises. Das ist nachteilig für die gewünschte hohe Kompakt
heit des Bauteils.
Bekannte Mikrogehäuse für einen elektronischen Schalt
kreis weisen einen Boden oder Träger aus einem Material auf,
das gleichzeitig starr, elektrisch isolierend und vorzugs
weise ein guter Wärmeleiter ist, wie Aluminiumoxid oder
ein Keramikmaterial. Metallisierungen oder Kontaktflächen
für Außenanschlüsse verbinden zwei Verbindungsleisten, die
auf den beiden Seiten des Trägers angeordnet sind. An den
Verbindungsleisten einer Seite sind die Drähte zur Verbin
dung mit dem Chip des integrierten Schaltkreises angelötet
oder angeschweißt. Die Verbindungsleisten der anderen Seite
sind an den Hybridschaltkreis angeschweißt. Der Deckel des
Mikrogehäuses ist an einem Versteifungsrahmen am Umfang der
Trägerplatten befestigt, damit er die Verbindungsdrähte
nicht berührt.
Der Chip des integrierten Schaltkreises ist an einem
metallisierten Bereich der Innenseite der Trägerplatte durch
Schweißen oder Löten befestigt, und die Kontaktflächen am
integrierten Schaltkreis sind mit den Kontaktflächen für
Außenanschlüsse mittels Gold- oder Aluminiumdrähten ver
bunden. Wenn der aktive Schaltkreis auf der Grundlage Si
licium oder Galliumarsenid hergestellt ist, weist das
Mikrogehäuse fast stets eine Metallisierung aus Gold auf,
um ein Schweiß-Eutektikum Gold-Silicium zu bilden.
Ein Träger mit den eingangs angegebenen Merkmalen ist
aus der GB 14 76 886 bekannt. Dieser bekannte Träger mit einer
Platte (wafer) aus keramischem Material, z. B. Aluminiumoxid
oder Saphir, dient als Träger für eine gedruckte Schaltung.
Daher ist die keramische Platte auf der einen Seite vollständig
mit Metall beschichtet, da diese Beschichtung gemeinsame Er
dung bildet, die mit dem Gehäuse verbunden ist, während die
Metallbeschichtung auf der anderen Seite Leiterbahnen zu den
diskreten Bauelementen bildet. Wie üblich sind zur Verbindung
der beiden Beschichtungen durch die Platte reichende Bohrungen
vorgesehen, deren Innenflächen leitend beschichtet sind. Da
diese bekannten Platten für Hochfrequenz-Anwendungen bestimmt
sind, werden Dicke und Dielektrizitätskonstante der Platte so
gewählt, daß unerwünschte Koppelungskapazitäten vermieden
werden. Dieser bekannte Träger weist an seinem Umfang keine
Ausgangskontakte auf und ist zur Verwendung als chip-carrier
weder bestimmt noch geeignet.
Andererseits ist es an sich bekannt, auf Isolierplatten
neben anderen Bauelementen auch Kondensatoren durch beidsei
tiges Anbringen von Metallflächen zu bilden (AT 1 84 944).
Kondensatoren, die einen Keramikkörper mit hoher Dielekri
zitätskonstante als Isolator verwenden, sind aus den US 26 94 185
und US 32 56 499 bekannt, aber nicht zur Verwendung als chip-
carrier bestimmt oder geeignet.
Die Erfindung bezweckt nun, einen Träger der eingangs
angegebenen Art so auszubilden, daß damit elektronische Schalt
kreise, besonders Hybridschaltkreise, die auch mindestens eine
kleine in den Schaltkreis nicht integrierbare Entkoppelungs
kapazität aufweisen, Platzsparend, kompakt und einfach her
stellbar aufgebaut werden können.
Die gestellte Aufgabe wird nun gelöst durch einen Träger
der eingangs angegebenen Art, welcher die im Patentanspruch 1
angegebenen Merkmale aufweist.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen
angegeben.
Es wird also der keramische Boden eines
Mikrogehäuses eines elektronischen Schaltkreises oder Hy
bridschaltkreises als Dielektrikum der mindestens einen
Entkoppelungskapazität verwendet, wobei man als Material
für die Platte solches mit einer geeigneten hohen Dielek
trizitätskonstante verwendet, um geeignete Kapazitätswer
te und annehmbare Plattendicke zu erhalten.
Die Möglichkeit, unter mehreren Dielektrika zu wäh
len und die nötige Anzahl von Belägen zu stapeln, um die
gewünschte Kapazität zu erhalten, erschließt der Erfin
dung einen großen Bereich von Ausführungsformen und An
wendungen. Außerdem ermöglicht das Herstellungsverfahren
der Mehrschichtkondensatoren die Herstellung eines Mikro
gehäusebodens mit zwei Mehrschichtkondensatoren Seite an
Seite in einem Arbeitsgang.
Die Erfindung wird im folgenden beschrieben für den
üblichsten Fall, wo ein Chip eines integrierten Schalt
kreises im Mikrogehäuse gekapselt ist. Die Erfindung be
trifft jedoch ebenfalls den allgemeineren Bereich von
monolithischen Mikroschaltkreisen, die schwierig zu hand
haben sind, was der Hauptgrund für ihre Verkapselung ist.
Die Erfindung wird erläutert durch die folgende Be
schreibung, die sich auf die Figuren bezieht.
Diese zeigt
Fig. 1 einen Schnitt durch ein
Mikrogehäuse;
Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung
in vereinfachter Darstellung;
Fig. 3 eine andere abgewandelte Ausführungsform der
Erfindung in vereinfachter Darstellung.
Das in Fig. 1 im Schnitt gezeigte
Mikrogehäuse benutzt nun im Prinzip die dielektrische Trägerplatte
11 des Mikrogehäuses, den metallisierten Bereich 12 auf
der Innenseite der Platte und einen zweiten metallisier
ten Bereich 13 auf der anderen Seite der Trägerplatte,
um einen Kondensator zu bilden.
Art und Dicke der dielektrischen Platte 11 sind so
gewählt, daß der gewünschte Wert der Kapazität erhalten
wird. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Fläche der
Metallisierung 12 mindestens groß genug sein muß, daß
der Chip des integrierten Schaltkreises darauf ange
schweißt werden kann, jedoch andererseits klein genug
sein muß, um in Inneren des Mikrogehäuses Platz zu finden,
ohne die Kontaktflächen 6 kurzzuschließen. Der richtige
Wert der Kapazität wird durch einen Kompromiß zwischen der
Art der möglichen Materialien: Aluminiumoxid, Bariumtitanat
usw., der Dicke des vom Material gebildeten Dielektrikums
und der berechneten Fläche der Metallbeschichtung 12, die
nur innerhalb geringer Grenzen verändert werden kann, bestimmt.
Die Fläche der außen liegenden Metallbeschichtung 13 kann
größer sein als die der inneren Metallbeschichtung 12.
Die Verfahrenstechnik zur Herstellung der Beschich
tung 12 und 13 erfordert keine komplexen Ketten von Me
tallen vom Typ Molybdän/Mangan + Nickel + Gold oder Molyb
dän/Wolfram + Nickel + Gold oder auch Wolfram + Nickel +
Gold. Die einfachste, der Serienfertigung am besten ange
paßte und billigste Art der Metallisierung mittels einer
Paste auf der Grundlage von Palladium, die beispielsweise
mittels Siebdruck aufgebracht wird, ist viel besser ge
eignet. Außerdem ist dadurch die Schweißbarkeit (Lötbarkeit)
des integrierten Schaltkreises (Chips) und des Hybridschalt
kreises auf der Trägerplatte des Mikrogehäuses erleichtert,
da eine Palladiumbeschichtung mit Blei/Zinn-Lot verträglich
ist, während Goldbeschichtungen zu spröden Zusammensetzun
gen führen.
Das Mikrogehäuse wird vervollständigt durch am Umfang
der Trägerplatte angeordnete Anschlußflächen 6 und einen
Versteifungsrahmen 7 mit der erforderlichen Dicke sowie
einen nicht gezeigten Deckel.
Das Material der beidseitig metallbeschichteten Trä
gerplatte hat eine hohe Dielektrizitätskonstante ε 1, um
mit den Metallbeschichtungen einen Kondensator zu bilden.
Wenn der Boden des Mikrogehäuses aus einer solchen einzigen
durchgehenden Trägerplatte besteht, können Störkapazitäten
zwischen zwei benachbarten Streifen der Kontaktflächen 6
auftreten, die durch das Material mit hoher Dielektrizi
tätskonstante ε 1 getrennt sind. Für einen solchen Fall
ist die beidseitig metallbeschichtete Trägerplatte des Mikro
gehäuses zusammengesetzt aus einem Mittelteil aus einem
Material mit hoher Dielektrizitätskonstante ε 1, der das
Dielektrikum des Kondensators bildet, und einem mit dem
Umfang des Mittelteils fest verbundenen Rahmen 14, 15
aus einem Material mit einer niedrigen Dielektrizitäts
konstante ε 2, der etwa die gleiche Dicke wie die Platte
11 hat und genügend groß ist, daß die Kontaktflächen 6
aus Metall darauf abgeschieden werden können, die somit
in der Ebene der Beläge 12, 13 liegen.
Für eine weitere Verkleinerung des Mikrogehäuses
und für die Kompaktheit des Hybridschaltkreises ist es
jedoch besonders vorteilhaft, die Lötstellen der Kontakt
flächen 6 auf einer anderen Ebene als die des Innenbelages
12 des Kondensators anzuordnen. Zu diesem Zweck wird über
dem ersten Rahmen 14 ein zweiter Rahmen 15 ebenfalls aus
einem Material mit geringer Dielektrizitätskonstante ε 2
angeordnet, der das Dielektrikum 11 teilweise überdeckt und
seinerseits die Kontaktflächen 6 trägt, so daß die Lötstel
len sich in einem möglichst geringen Abstand vom Rand des
Belages 12 befinden, ohne daß sie jedoch auf einem Material
mit hoher Dielektrizitätskonstante ε 1 abgeschieden sind.
Selbstverständlich können die Rahmen 14 und 15 auch
aus einem einzigen Stück bestehen, jedoch ist es unter
Berücksichtigung der Abmessungen des Mikrogehäuses nicht
einfach, einen monolithischen einzigen Rahmen 14, 15, der
einen Absatz aufweist, herzustellen, und es ist technisch
vorteilhafter, zwei Rahmen 14 und 15 aufeinanderzulegen,
die einfach aus einer dünnen Platte aus Keramikmaterial
vor dem Glühen ausgeschnitten werden können. Das Mikroge
häuse wird vervollständigt durch den Versteifungsrahmen 7,
auf dem ein nicht gezeigter Verschlußdeckel aufgelötet
oder aufgeschweißt ist.
Fig. 2 zeigt vereinfacht eine andere Ausführungsform
der Erfindung mit zwei Kondensatoren für einen elektroni
schen Schaltkreis, der an seiner Eingangsklemme und an
seiner Ausgangsklemme je einen Entkoppelungskondensator
benötigt.
Vorausgesetzt nur, daß die Werte dieser Kondensatoren
nicht zu hoch sind, werden diese hergestellt durch Metalli
sieren der Platte 11 mit hoher Dielektrizitätskonstante ε 1,
um einen Satz von vier Belägen zu bilden, nämlich einer
seits die Beläge 16 und 17, die einen ersten Kondensator
bilden, und andererseits die Beläge 18 und 19, die einen
zweiten Kondensator bilden.
Ausgehend von dieser Ausbildung zweier integrierter
Kondensatoren auf ein und dergleichen Trägerplatte des Ge
häuses sind mehrere Ausführungsformen oder Verbesserungen
möglich.
Fig. 2 zeigt die Sätze von Belägen 16, 17 und 18, 19
nebeneinander. Sie können konzentrisch sein, so daß ein
Kondensator, z. B. 16, 17 mittig auf der Platte 11 und der
andere Kondensator 18, 19 in Form eines Ringes um den er
sten Kondensator auf der Platte 11 angeordnet ist. In
einem solchen Fall ist der Chip des integrierten Schaltkrei
ses auf den Belag 17 geschweißt (gelötet), und ein Verbin
dungsdraht verbindet den Belag 19 mit einer der Kontakt
flächen 6 des Gehäuses und einer der Verbindungsflächen
des integrierten Schaltkreises. Bei einem anderen häufigen
Fall haben die beiden Kondensatoren jeder einen mit der
elektrischen Masse des Schaltkreises verbundenen Belag,
oder es können auch zwei der Beläge elektrisch verbunden
sein. Beispielsweise wenn die Trägerplatte des integrier
ten Schaltkreises an Masse liegt und die Beläge 17 und
19 ebenfalls an Masse liegen, ist es eine technische Ver
einfachung, die Beläge 17 und 19 durch eine einzige
Metallbeschichtung herzustellen, auf die der Chip des in
tegrierten Schaltkreises geschweißt (gelötet) ist. Die
Werte der Kapazitäten sind in diesem Fall durch die Flä
chen der Beläge 16 und 18 festgelegt.
Umgekehrt ist es auch möglich, die Beläge 16 und 18
mittels einer einzigen Metallbeschichtung herzustellen,
wobei dann der Belag 19 vorzugsweise konzentrisch zum Be
lag 17 ist.
Die für Fig. 2 gewählte Darstellung ist vereinfacht.
Tatsächlich kann auch die Ausführungsform gemäß Fig. 1 mit
einem abgestuften Rahmen 14, 15 vorgesehen sein.
Die bisher beschriebenen Ausführungsformen der Er
findung betreffen Kondensatoren, die aus nur zwei Belägen
und einem Dielektrikum bestehen, was den Wert der mögli
chen Kapazitäten begrenzt durch die Art der verfügbaren
Dielektrika und die Begrenzung der Fläche der Beläge,
wenn man nicht den Vorteil des Mikrogehäuses verlieren
will.
Fig. 3 zeigt eine Weiterbildung der Erfindung,
welche verhältnismäßig hohe Werte der Kapazität bietet.
Zum Unterschied von der Grundform der Erfindung,
bei der der Mikrogehäuseboden aus einem Kondensator mit
einer einzigen Dielektrikumsschicht besteht, ist das Mikro
gehäuse der Fig. 3 ausgehend von einem Mehrschichtkonden
sator aufgebaut.
Der Mehrschichtkondensator wird hergestellt durch Sta
peln von einseitig metallisierten Keramikplättchen. Jede
Metallisierung ist bezüglich des sie tragenden Plättchens
zentriert, außer an einer Seite, wo die Metallisierung
den Rand des Plättchens erreicht. Man kann so den elektri
schen Kontakt mit den Metallisierungen herstellen. Außerdem
sind die Kontaktstellen abwechselnd an einem Rand eines er
sten Plättchens und dann am gegenüberliegenden Rand eines
folgenden Plättchens vorgesehen, so daß man einen Satz von
Belägen erhält, der auf der einen Seite des Kondensators
durch eine Metallisierung 20 verbunden ist, während der
andere Satz von Belägen an der gegenüberliegenden Seite
des Kondensators durch die Metallisierung 21 verbunden ist.
Die Verwendung eines solchen Mehrschichtkondensators
als Gehäuseboden erfordert, daß der eine Satz der Beläge
mit einer Kontaktfläche 23 verbunden ist, welche den
Kontakt mit dem Träger des integrierten Schaltkreises her
stellt, während der andere Satz von Belägen mit einer Me
tallbeschichtung 22 verbunden ist, welche den Kontakt mit
dem Träger eines außerdem vorhandenen Hybridschaltkreises
herstellt.
Das Mikrogehäuse nach Fig. 3 wird vervollständigt
durch einen nicht gezeigten Rahmen 14 oder Doppelrahmen
14, 15, der die Kontaktflächen 6 trägt, und wie in
Fig. 1 oder 2 ausgebildet ist, sowie durch den Versteifungsrah
men 7 und einen nicht gezeigten Verschlußdeckel.
Claims (7)
1. Träger mit einer beidseitig teilweise metallbeschich
teten Platte aus einem starren Material mit einer hohen Dielek
trizitätskonstante ε 1 zur Aufnahme eines elektronischen Schalt
kreises, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbeschichtungen
die Beläge (12, 13) mindestens eines Kondensators bilden
und daß die Platte (11) an ihrem Umfang die Ausgangskontakt
flächen (6) mittels eines mit der Platte (11) fest verbun
denen Rahmens (14, 15) aus einem Material mit niedriger Di
elektrizitätskonstante ε 2 trägt.
2. Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Platte (11) den Gehäuseboden eines Mikrogehäuses bildet
und an ihrem Umfang einen Versteifungsrahmen (7) trägt, an
dem der Verschlußdeckel des Mikrogehäuses befestigbar ist.
3. Träger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß die beiden Seiten der Platte (11) jede mit mehre
ren Metallbeschichtungsflächen versehen sind, um mindestens
zwei nebeneinander angeordnete Kondensatoren (16, 17 und 18,
19) zu bilden.
4. Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die beiden Flächen der Platte (11) mit
mehreren Metallbeschichtungsflächen versehen sind, um meh
rere Kondensatoren zu bilden, wobei die auf der dem Schalt
kreis zugewandten Innenseite der Platte aufgebrachten Me
tallbeschichtungsflächen untereinander konzentrisch sind
und die Mittelfläche zur Aufnahme des Chips des elektroni
schen Schaltkreises bestimmt ist.
5. Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Platte (11) aus einem Mehrschicht
kondensator besteht, bei dem ein Satz der Beläge mit der
Trägerplatte eines Hybridschaltkreises durch eine erste
Kontaktfläche (20, 22) verbunden ist und der andere Satz
von Belägen mit dem Träger des elektronischen Schaltkreises
durch eine zweite Kontaktfläche (21, 23) verbunden ist.
6. Träger nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Platte (11) aus zwei nebeneinander aus
gebildeten und fest miteinander verbundenen Mehrschicht
kondensatoren besteht.
7. Träger nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schaltkreis
einen Hybridschaltkreis aufweist.
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