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Verpackung für elektronische Bauelemente
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Die Erfindung betrifft eine Verpackung für elektronische Bauelemente
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei der Trennung zweier Medien, von denen mindestens eines ein Isolierstoff
ist. entstehen elektrostatische Aufladungen als Anhäufung gleichnamiger Ladungsträger
auf der Oberfläche des Isolierstoffs. Die auf der Oberfläche gebundenen schwer beweglichen
Ladungen können durch die von ihnen ausgehenden elektrischen Felder sowohl aufgrund
zu hoher Feldstärken allein als auch durch auf Influenz beruhende Entladungsvorgänge
vor allem Bauelemente der Mikroelektronik schädigen oder zerstören.
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übliche Gegenmaßnahmen haben den Abbau der Ladungen zum Ziel und bestehen
in der Verringerung von Oberflächen-und Isolationswiderständen mit Hilfe einer hohen
Luftfeuchte und von Antistatika sowie in der Erzeugung einer hohen Ionenkonzentration
in der Umgebungsatmosphäre. Die erreichbaren Decay-Zeiten liegen im Bereich zwischen
einer und dreihundert Sekunden. Andere Maßnahmen beschränken sich auf den Schutz
spezieller Bauteile durch Ableitwiderstände, überspannungsableiter oder Faraday-Käfige.
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Nach dem Stand der Technik sieht ein Prospekt der Firma Maine Poly
eine Umhüllung der zu schützenden Körper aus einem antistatischen Polyäthylen vor,
auf dessen Oberfläche eine leitfähige Schicht aufgebracht ist. Die Abbauzeit der
elektrostatischen Ladungen reduziert sich mit dieser Anordnung auf weniger als 50
1uns.
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Die Schutzwirkung eines derartigen Beutels kann wegen des relativ
hohen spezifischen Oberflächenwiderstands
der leitfähigen Schicht,
4104 Ohm, nicht optimal sein.
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Die erzielte Ausgleichszeit der Ladungen liegt einige Größenordnungen
oberhalb möglicher Ablaufzeiten von Schädigungsprozessen. Die Ableitwirkung bei
einem über das Bauelement fließenden Strom hängt weiter maßgeblich vom schwer beeinflußbaren,
in der Regel zufälligen physikalischen Vorwiderstand ab. Nicht zuletzt kann ein
derartiger, außen liegender überzug bei nicht sachgemäßer Handhabung beschädigt
oder zerstört und damit unwirksam werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die möglichen
schädlichen Folgen elektrostatischer Ladungen für elektronische Bauelemente zu verhindern,
ohne einen beschleunigten Abbau durch eine auf der äußeren Oberfläche der Verpackung
aufgebrachte leitfähige Schicht vorzusehen.
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Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs erwähnten Art
erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Weiterbildungen des vorstehend definierten Erfindungsgedankens sind
in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von vier Figuren näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt ein Beispiel für die Schädigung eines elektronischen
Bauteils bei einem Durchschlag des Dielektrikums, Fig. 2 zeigt ein Beispiel für
die Schädigung eines elektronischen Bauteils durch einen aufgrund einer. Funkenentladung
fließenden Strom,
Fig. 3 zeigt im Schnitt eine als Ausführungsbeispiel
zu wertende erfindungsgemäße Anordnung zum Schutz elektronischer Bauelemente gegen
die Folgen elektrostatischer Aufiadungen und Fig. 4 zeigt in der Draufsicht als
Ausführungsbeispiele zu wertende Weiterbildungen des Erfindungsgedankens.
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Die in Fig. 1 als Beispiel dargestellte Anordnung veranschaulicht
den Schädigungsmechanismus des dielektrischen Durchbruchs. Zwischen zwei Anschlußpunkten
eines elektronischen Bauelements 1, vorzugsweise eines integrierten Schaltkreises,
existiert eine durch den inneren Aufbau gegebene Kapazität C. Ein Anschluß. von
C ist über die Streukapazität C1' mit Erdpotential, der andere über die Streukapazität
C2' mit der elektrostatisch aufgeladenen Oberfläche 2 des Isolierkörpers 3, z.B.
der Verpackung des elektronischen Bauelements 1 selbst, verbunden. Eine im Beispiel
positiv dargestellte Ladung 4 symbolisiert die Gesamtzahl der elektrostatischen
Ladungen. Parallel zu dieser Anordnung liegt zwischen der aufgeladenen Oberfläche
2 und dem Erdpotential die für die Betrachtungen ünwirksame Streukapazität C3'.
Die elektrostatischen Ladungen führen nun aufgrund der herrschenden Kapazitätsverhältnisse
durch Influenzerscheinungen zu derart großen Potentialunterschieden an den Anschlüssen
des elektronischen Bauelements 1, daß die Isolationsspannung des Dielektrikums der
Kapazität C überschritten wird und ein Durchbruch erfolgt.
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Fig. 2 zeigt an der zur Fig. 1 äquivalenten Darstellung als Beispiel
den Fall, daß die von den elektrostatischen Ladungen 4 ausgehenden elektrischen
Felder die Durchschlagsfeldstärke des Luftdielektrikums überschreiten und zum Durchschlag
der Streukapazität C2' zwischen einer Elektrode des elektronischen Bauelements 1
oder einer
mit ihr verbundenen metallischen Zuleitung und der aufgeladenen
Oberfläche 2 führen. Der über das Bauelement fließende, sich als Verschiebungsstrom
fortsetzende Entladungsstrom der Streukapazität C2' kann bereits bei Energien unterhalb
10 6 Ws eine das Bauelement zerstörende Wirkung haben. Maßgeblich bestimmend für
die Höhe des Stroms ist der Zeitablauf der Entladung, der bei einer niederohmigen
Ubertragung, (Funken-, Kontakt-, Bahnwiderstand), zwischen elektrostatischer Ladung
4 und elektronischem Bauelement 1 in weniger als 100 ns erfolgen kann.
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Da auch der mit Fig. 1 beispielhaft dargestellte Schädigungsprozeß
in weniger als 100 ns ablaufen kann, erscheint ein beschleunigter Abbau der elektrostatischen
Ladungen bei gleichzeitig erwünschtem hohen spezifischen Oberflächenwiderstand wenig
sinnvoll.
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Das in Fig. 3 im Schnitt dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Anordnung sieht dagegen eine leitfähige Schicht 5 innerhalb des Isolierstoffs 3
vor.
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Die auf der äußeren Oberfläche 2 des Isolierkörpers aufgeworfenen
elektrostatischen Ladungen 4 werden durch Influenzladungen 6 der leitfähigen Schicht
so lange gebunden, bis ein natürlicher Abbau der elektrostatischen Ladungen 4, z.B.
durch Luftionen, erfolgt. Die leitende Schicht 5 bewirkt zudem eine Homogenisierung
der von den elektrostatischen Ladungen 4 ausgehenden elektrischen Feldlinien auf
der zu den Ladungen 4 spiegelbildlichen Seite der Schicht 5, die lokale Feldstärkeüberhöhungen
im Dielektrikum weitgehend ausschließt.
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Die von den elektrostatischen Ladungen 4 der Figuren 1 und 2 ausgehenden
elektrischen Felder beanspruchen das Dielektrikum mit der niedrigeren Dielektrizitätszahl
elektrisch stärker, in den Beispielen den durch die Streukapazität C2' dargestellten
Gasraum. Andererseits
besitzt dieser in der Regel gegenüber dem
festen Isolierstoff 3 die niedrigere Durchschlagsfeldstärke. Durch das Einbetten
der leitfähigen Schicht 5 in den Isolierkörper 3 erhöht sich die Feldstärke im Dielektrikum
zwischen der Schicht 5 und der Oberfläche 2 beträchtlich bei gleichzeitiger Abschwächung
der Feldstärke im Gasdielektrikum.
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Beispielsweise beträgt der Reduktionsfaktor bei einer 100 /um starken
Isolierschicht zwischen Oberfläche 2 und Schicht 5 zwei bis drei Größenordnungen.
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Es ist speziell zweckmäßig, den spezifischen Oberflächenwiderstand
der leitfähigen Schicht 5 und die Dicke der Isolierschicht zwischen der aufladbaren
Oberfläche 2 und der leitenden Schicht 5, gegebenenfalls abhängig von den dielektrischen
Eigenschaften des Isolierkörpers 3 so zu optimieren, daß die mit den Figuren 1 und
2 erläuterten Schädigungsmechanismen nicht stattfinden können, gleichwohl ein Abbau
der Ladungen 4, z.B. durch Luftionen, möglich ist. Bei einer Dicke der oben definierten
Isolierschicht der Größenordnung 100 /um kann man von einem spezifischen Oberflächenwiderstand
der Schicht 5 in der Größenordnung kleiner 107 Ohm ausgehen.
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In Weiterentwicklung der Erfindung zeigt Fig. 4 als Ausführungsbeispiele
zu wertende Anordnungen der leitfähigen Schicht 5 in der Draufsicht. So ist es speziell
zweckmäßig, eine Rasterung 7,8, eine Streifenanordnung 9 oder eine fleckenförmige
Ausbildung 10 der leitfähigen Schicht 5 vorzusehen und gleichzeitig eine partielle
Transparenz zur Erkennung des Verpackungsinhaltes zu erreichen.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist es weiterhin speziell zweckmäßig,
das elektronische Bauelement 1 mit einer im Isolierkörper 3 liegenden leitfähigen
Schicht 5 mit einem spezifischen Oberflächenwiderstand der Größenordnung kleiner
104 Ohm so zu umschließen, daß die Wirkung eines Faraday-Käfigs für das Bauelement
1 entsteht.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, die Schutzwirkung der
leitfähigen Schicht 5 durch Ausbildung der Isolierschicht zwischen der Oberfläche
2 und der Schicht 5 als Antistatikum zu erhöhen oder sogar bei der Herstellung des
Isolierkörpers 3 in diesen Antistatika einzubringen.
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Eine erfindungsgemäße Anordnung nach Fig. 3 gewährleistet selbst bei
mechanischer Schädigung der aufladbaren Oberfläche 2 oder Teilen der leitfähigen
Schicht 5 einen wirksamen Schutz gegen elektrostatische Ladungen.
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6 Patentansprüche 4 Figuren
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