DE3031789C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einem Träger für eine integrierte Halbleiterschaltung, welcher über ein dielektrisches Material mit mindestens einem Heizelement verbunden ist, dessen beide En­ den mit Anschlußelementen für die Stromversorgung verbunden sind.

Als Stand der Techkik ist bereits ein derartiger Träger bekannt, bei welchem die Heizung auf einer Oberflächenseite des Substrats als Widerstandsschicht aufgebracht ist (DE-OS 22 22 737). Es er­ gibt sich damit ein erheblcher konstruktiver Aufwand, welcher sich auch kostenmäßig auswirkt.

Zum Stand der Technik zählen weiterhin Konstruktionen mit Trä­ gern, deren Heizelemente ebenfalls kompliziert aufgebaut sind:

Nach einer Konstruktion findet als Heizelement ein Transistor Anwendung (US-PS 33 83 614), gemäß einer weiteren Konstruktion ein Kaltleiter (DE-AS 22 42 767) und schließlich bei einer ande­ ren Ausführungsform ein elektrisches Heizelement (US-PS 36 62 150). In jeder dieser Ausführungsformen ist eine besondere Ge­ staltung des Trägers für eine integrierte Halbleiterschaltung erforderlich.

Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, einen Träger der eingangs genannten Art so auszu­ bilden, daß die Funktionsfähigkeit von integrierten Halbleiter­ schaltungen bei niedrigen Umgebungstemperaturen durch Beheizung gewährleistet ist, ohne den konventionellen Aufbau der inte­ grierten Schaltungen selbst zu verändern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Trä­ ger als Fassung ausgebildet ist, wobei auf der Oberfläche der Fassung ein durch eine Abdeckung isoliertes Heizelement angeord­ net ist und die Anschlußelemente mit Leitungsanschlüssen der Fassung elektrisch verbunden sind.

Alternativ besteht zur Lösung der vorgenannten Aufgabe auch die Möglichkeit, daß der Träger der integrierten Halbleiterschaltung eine mit Steckverbindungen versehene Mutter-Platte ist, wobei die Heizelemente zwischen den Steckverbindungen angebracht sind.

Durch beide Ausführungsmöglichkeiten ergibt sich der Vorteil, daß konventionelle Packungen bzw. Mutter-Platten verwendet wer­ den können, so daß sich der Bauaufwand bei der Beheizung des Trägers erheblich verringert.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprü­ chen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung, teilweise ge­ schnitten, eine Schaltungs-Packung, welche als Träger einer integrierten Schaltung dient;

Fig. 2 in perspektivischer Darstellung eine andere Schaltungs-Packung, bei der die Rückseite dargestellt und eine Abdeckplatte teilweise ge­ schnitten gezeichnet ist;

Fig. 3 in perspektivischer Darstellung die Rückseite einer gedruckten Schaltungsplatte, welche als Träger für eine integrierte Halbleiterschaltung dient;

Fig. 4 in perspektivischer Darstellung eine Fassung einer Packung als Träger für eine integrierte Halbleiterschaltung und

Fig. 5 in perspektivischer Darstellung eine Mutter- Platte für den Gebrauch als Träger einer inte­ grierten Halbleiterschaltung.

Der Betriff "integrierte Halbleiterschaltung" (welche nachfolgend nur noch als integrierte Schaltung bezeichnet wird) bezeichnet eine An­ sammlung von Elementen mit pn-Übergängen und enthält im weiteren Sinne Transistoren IC, MSI, LSI usw., während der Träger der integrierten Schaltung im allgemeinen eine Packung für die Halterung der integrierten Schal­ tung, eine gedruckte Schaltung, auf welcher die inte­ grierte Schaltung montiert ist, eine Packung oder ein Druck-Substrat- und eine Mutter-Platte enthält, wel­ che mit einer Anordnung von Verbindungselementen für die Aufnahme einer Vielzahl von gedruckten Schaltungs­ platten oder Packungen versehen ist.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines Trägers einer integrierten Schaltung, wobei der Packungs-Körper 1 a aus Isoliermaterial besteht, beispielsweise Keramik, Harz und an seiner Oberfläche mit einer Ver­ tiefung 6 für die Aufnahme der integrierten Schaltung versehen ist. Anschlüsse 2′ sind elektrisch zu den An­ schlußstiften 2 geführt, welche an den Außenseiten des Körpers 1 a angeordnet sind. Die Anschlüsse 2′ liegen auf einem schulterförmigen Ansatz innerhalb der Ver­ tiefung 6, wobei sie mit den jeweiligen Anschlußpunkten der integrierten Schaltung verbunden sind.

Auf der Rückseite des Körpers 1 a ist ein Heizelement 5 a befestigt, welches aus einem Widerstandsdraht, bei­ spielsweise aus einer Nickel-Chrom-Verbindung oder einer Eisen-Chrom-Verbindung od. dgl. besteht und in einer fortlau­ fenden Kurvenform auf einer Isolierstoffplatte aus z. B. Kera­ mik, Glimmer angeordnet ist. Beide Enden des Heiz­ elementes 5 a sind verbunden mit den Stromversorgungs- Stiften 2 a, 2 a, die von dem Körper 1 a getragen werden.

Wenn für den Packungs-Körper 1 a Keramik benutzt wird und eine hitzebeständige Isolationsplatte 7, dann wird eine Struktur des Heizelementes 5 a auf die rohe Keramik­ platte aufgedruckt und zwar mit einer Tinte, welche Wolfram-Pulver oder Molybdän-Pulver enthält.

Es ist auch möglich, eine Tinte zu verwenden, welche im wesent­ lichen Wolfram-Pulver oder Molybdän-Pulver mit Zusätzen anderer Metallpulver enthält, wobei die gedruckte rohe Keramikplatte unter dem Packungskörper 1 a so angeordnet ist, daß die bedruckte Oberfläche zwischen dem Körper 1 a und der Keramikplatte, liegt. Der Keramik-Körper 1 a und die Keramik­ platte 7 werden durch einen Sinterprozeß miteinander verbun­ den, womit gleichzeitig erreicht wird, daß die gedruckte Tinte metallisiert wird. Weil die gedruckte Struktur des Heizelementes 5 a zwischen dem Keramik- Körper 1 a und der Keramikplatte 7 isoliert liegt und das Ganze zusammengesintert wird, läßt sich nicht nur die Produktion vereinfachen, sondern die gesamte Packungs­ anordnung wird auf diese Weise in den Abmessungen wesent­ lich verkleinert.

Der Packungs-Körper 1 a wird von dem Heizelement 5 a über die zugehörigen Stromversorgungs-Stifte 2 a, 2 a erhitzt, welche mit einer vorgegebenen Stromquelle ver­ bunden sind. Dabei wird die integrierte Schaltung, wel­ che in der Vertiefung 6 angeordnet ist, vorgeheizt. Weil der Boden der für die Aufnahme der integrierten Schaltung vorgesehenen Vertiefung 6 eine geringere Wandstärke hat als der Körper 1 a, liegt die integrier­ te Schaltung auch dementsprechend näher an dem Heiz­ element 5 a. Somit wird die integrierte Schaltung schnell vorgeheizt und ist auch vollständig gegenüber dem Heizelement 5 a isoliert angeordnet.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der das aus einem Metall-Widerstandsdraht bestehende Heizelement 5 a nur in dem gewünschten Teil des Packungs-Körpers 1 a an­ geordnet ist und nicht auf der ganzen Rückseite davon. Hierzu ist auf der Rückseite des Körpers 1 a eine Rinne 8 angebracht, wobei das Heizelement 5 a in dieser Rille 8 angeordnet ist. Weiterhin ist eine Abdeckplatte 9 vor­ gesehen, welche in die Rinne 8 paßt und beide Enden des Heizelementes 5 a sind ebenso wie bei Fig. 1 mit den An­ schlußstiften 2 a, 2 a für die Stromversorgung verbunden.

Somit erwärmt das Heizelement allein den Teil, welcher mit seiner Breite der integrierten Schaltung entspricht, die in dem Einschnitt 6 nach Fig. 1 angeordnet ist. Es ist dadurch vermieden, daß der gesamte Packungs-Körper 1 a beheizt werden muß.

Bei dieser Ausführungsform erstreckt sich das Heizele­ ment 5 a über die ganze Länge des Packungs-Körpers 1 a. Es ist darauf hinzuweisen, daß das Heizelement 5 a aber auch so angeordnet werden kann, daß nur der notwendige Teil in der Längsrichtung gesehen, beheizt wird.

Wenn für den Packungs-Körper 1 a und die Abdeckung 9 Keramik verwendet wird, dann wird das Heizelement 5 a auf die Keramikplatte 7 mit einer Tinte aus Wolfram- Pulver oder Molybdän-Pulver bestrichen, bzw. es wird eine Tinte verwendet, die im wesentlichen Wolfram- oder Molybdän-Pulver zusammen mit zugefügten anderen Metall­ pulvern enthält. Die so bedruckte Abdeckplatte 7 wird in die Rinne 8 des Körpers 1 a eingefügt und die Abdeck­ platte 9 wird durch den Sintervorgang mit dieser ver­ bunden, während die Tinte des Heizelementes 5 a gleich­ zeitig metallisiert wird und zwar in der gleichen Weise wie bei Fig. 1 dargestellt.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 hat den Vorteil, daß nur der erforderliche Teil örtlich beheizt werden kann und zwar sowohl im Fall einer einzelnen integrierten Schaltung als auch bei einer Mehrzahl von integrierten Schaltungen.

Wenn eine Temperatur erreicht ist, bei welcher die inte­ grierte Schaltung zuverlässig und stabil arbeitet, ist eine weitere Erwärmung nicht länger notwendig. Die Heiztemperatur kann durch den Einsatz z. B. eines Thermosta­ ten geregelt werden; diese Maßnahme läßt sich auch für die Ausführungsform nach Fig. 1 anwenden.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschreiben die Vorheizung der integrier­ ten Schaltung durch Erwärmung der Packung.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der eine gedruck­ te Schaltungsplatte als Träger der integrierten Schal­ tung verwendet ist. Auf der Oberseite der Schaltungsplatte 1 b ist eine gedruckte Verdrahtung angebracht, welche durch die bekannten Verfahren einschließlich der Foto-Ätzung her­ gestellt ist. Die notwendigen Teile und die integrierte Schaltung sind auf der Schaltungsplatte 1 b angebracht und eine erforderliche Anzahl von Zuführungsdrähten; welche zu Anschlüssen 3 führen, sind auf der Seite der Platte 1 b vorgesehen. Auf der Rückseite des Substrates der Platte 1 b ist ein Heizelement 5 a angebracht, wel­ ches aus einer metallischen Widerstandsleitung besteht und mittels Foto-Ätzung oder anderer bekannter Prozesse aufgetragen wird. Beide Enden des Heizelementes sind mit Anschlüssen 3 a, 3 a für die Stromversorgung verbun­ den, welche an einer Seite der Platte 1 b angeordnet sind. Das Heizelement 5 a wird erwärmt durch Zuführung eines Stromes, wobei die Platte 1 b ebenfalls erwärmt und die darauf angebrachte integrierte Schaltung vorge­ heizt wird, und zwar entsprechend den vorher beschrie­ benen Ausführungsbeispielen.

Die gedruckte Schaltungsplatte 1 b hat auf ihrer Ober­ fläche eine gedruckte Schaltungsverdrahtung, elektroni­ sche Teile, integrierte Schaltkreise, kleine Durchgangs­ löcher, die sich zu den Anschlußdrähten der entspre­ chenden Bauteile erstrecken, und z. B. Lötanschlüsse. Das Heizelement 5 a ist so anzu­ ordnen, daß es zu keinen Störungen bei den genannten Verdrahtungen, Bauteilen, Zuführungslei­ tungen kommt, welche sich auf der Rückseite der Platte erstrecken.

Wenn für die Platte 1 b Keramik benutzt wird, dann wird die Struktur des Heizelementes 5 a auf die rohe Keramik- Platte mit einer Tinte aus Wolfram-Pulver oder Molybdän- Pulver aufgetragen. Es besteht aber auch die Möglich­ keit, eine Tinte zu verwenden, die im wesentlichen Wolfram- oder Molybdän-Pulver enthält zusammen mit Zu­ sätzen anderer Metall-Pulver. Die Verdrahtung auf der Oberfläche der Platte kann ebenfalls mit einer Tinte aus leitenden Metall-Pulvern hergestellt werden, wobei anschließend ein Sinterprozeß durchgeführt wird und da­ bei gleichzeitig die Metallisierung der gedruckten Ver­ drahtung und der Struktur des Heizelementes erfolgt.

Fig. 4 zeigt ein System, bei dem eine Fassung 1 c der Packung der integrierten Schaltung entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 1 erwärmt wird. Die Fassung 1 c ist mit einer Vielzahl von Aufnahmelöchern 14 versehen, welche der Aufnahme einer entsprechenden Anzahl von Anschlußstiften 2 der Packung entsprechend Fig. 1 und 2 dienen. Auf einer Seite der Fassung ist eine Anzahl von Leitungsanschlüssen 4 vorgesehen, welche dazu verwendet werden können, um eine elektri­ sche Verbindung zu den Anschlußstiften 2 der Packung herzustellen, die jeweils in die Aufnahmelöcher 14 eingebracht werden.

Auf der Oberfläche der Fassung 1 c ist ein Heizelement 5 a angeordnet, welches ähnlich den Ausführungsformen nach Fig. 1 und 2 ausgebildet ist, wobei Anschlußele­ mente für die Stromversorgung dieses Heizelementes 5 a mit 4 a, 4 a bezeichnet sind und an beiden Seiten der Fassung liegen. Das Heizelement 5 a wird durch eine Abdeckung isoliert und zwar durch einen Überzug seiner Oberfläche mit einer Lage aus geschmolzenem Glas oder einer hitzebeständigen Isolierstoffschicht aus Plastik, Keramik od. dgl. und zwar je nach den jeweiligen Gege­ benheiten. Die Leitungsstifte 2 der Packung werden in die Aufnahmelöcher 14 der Fassung 1 c eingebracht, wobei die der Stromversorgung dienenden Anschlußstifte 4 a, 4 a an die Stromversorgungsquelle angelegt werden und so das Heizelement 5 a erwärmen. Dabei wird die Packung er­ hitzt und die integrierten Schaltkreise angewärmt.

Diese Ausführung hat einen Vorteil dahingehend, daß konventionelle Packungen verwendet werden können und zwar so, wie sie vorhanden sind, und außerdem dahinge­ hend, daß die Packung sehr einfach ausgetauscht werden kann.

Außerdem ist diese Ausführungsform auch benutzbar als eine Platte für hybrid-integrierte Schaltungen wie für den Fachmann leicht zu verstehen ist.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der eine Vielzahl von Steckverbindungen 16 vorgesehen wer­ den, welche mit den Leitungsanschlüssen 3 verbindbar sind, wenn gedruckte Schaltungsplatten (wie in Fig. 3 dargestellt) in diese Steckverbindungen eingesetzt wer­ den und dabei in einer entsprechenden Anordnung auf der Mutter-Platte 1 d sicher festgelegt sind. Jede der Steck­ verbindungen 16 ist mit jeder anderen durch eine ge­ druckte Schaltung verbunden, welche auf der Rückseite der Mutter-Platte 1 d angeordnet ist.

Eine erforderliche Anzahl von Miniaturlampen 5 c wird zwischen den Steckverbindungen 16 jeweils zum Leuchten gebracht. Die integrierten Schaltungen, welche auf den gedruckten Schaltungsplatten 1 b angebracht und in die Steckver­ bindungen eingesetzt und von diesen getragen werden, sind so ausgelegt, daß sie von der Strahlung der Minia­ turlampen und der Konvektion der erhitzten Luft erwärmt werden.

Der gleiche Effekt läßt sich erreichen, wenn man die Miniaturlampen durch Heizeinrichtungen ersetzt, welche Heizelemente enthalten, die zwischen Isolatons-Platten, beispielsweise Glimmer liegen.

Diese Ausführungsform hat, obwohl sie hinsichtlich des thermischen Wirkungsfaktors weniger günstig ist, den Vorteil, daß nicht nur die konventionellen gedruckten Schaltungsplatten benutzt werden können, sondern die Miniaturlampen und die Heizeinrichtungen können auch an konventionelle Mutter-Platten in einfacher Weise ange­ bracht werden.

Claims (5)

1. Träger für eine integrierte Halbleiterschaltung, welcher über ein dielektrisches Material mit mindestens einem Heizelement verbunden ist, dessen beide Enden mit Anschlußelementen für die Stromversorgung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger als Fassung (1 c) ausgebildet ist, wobei auf der Oberfläche der Fassung (1 c) ein durch eine Abdeckung iso­ liertes Heizelement (5 a) angeordnet ist und die Anschlußele­ mente mit Leitungsanschlüssen (4 a) der Fassung elektrisch verbunden sind.

2. Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fas­ sung aus Keramikmaterial besteht und daß das auf der Fassung für die integrierte Halbleiterschaltung vorgesehene Heizele­ ment aus einer gedruckten Struktur aus einer Tinte von Wolfram-Pulver, Molybdän-Pulver oder einer Tinte besteht, die Wolfram- oder Molybdän-Pulver zusammen mit anderen zusammen­ gefügten Metallpulvern enthält, wobei die Struktur durch Sin­ tern metallisiert ist.

3. Träger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur des Heizelements auf einer rohen Keramikplatte auf­ gedruckt ist und daß die rohe Keramikplatte auf die Fassung aufgeschichtet und die Anordnung insgesamt gesintert ist.

4. Träger für eine integrierte Halbleiterschaltung, welcher über ein dielektrisches Material mit mindestens einem Heizelement verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger der in­ tegrierten Halbleiterschaltung eine mit Steckverbindungen (16) versehene Mutter-Platte (1 d) ist, wobei die Heizelemente zwischen den Steckverbindungen (16) angebracht sind.

5. Träger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heiz­ elemente Miniaturlampen sind.