DE3537386A1 - Bauelement fuer die oberflaechenmontage in einer hybridschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauelement für die Oberflächen­ montage in einer Hybridschaltung.

Bei Hybridschaltungen werden die aktiven Bauelemente wie Transistoren, Dioden, Schwingquarze und passive Bauelemente wie Kondensatoren, Widerstände, auf einem Träger bzw. Sub­ strat aus Keramik, Glas, kaschiertem Folienmaterial, durch aufgebrachte Leiterbahnen miteinander verbunden. Die aktiven und passiven Bauelemente sind nach verschiedenen Technologien hergestellt. So werden Widerstände und Kondensatoren in Dick- oder Dünnschichttechnik und Transistoren und Dioden in Pla­ nartechnik hergestellt. Weitere Bauelemente von Hybridschal­ tungen sind monolithische, integrierte Schaltungen, oder sol­ che, die nach Verfahren der Hybridtechnik miteinander verbun­ den sind.

In der DE-OS 34 07 799 ist ein derartiges Verfahren zur Her­ stellung einer Multilayer-Hybridschaltung beschrieben, bei dem in additiver Dünnschichttechnik eine Fotoresistschicht als lokal strukturierbare Isolationsschicht zwischen den ein­ zelnen Schaltungsebenen aufgebracht ist. Die Montageflächen für Einzelkomponenten, wie z. B. Halbleiterchips sowie die Löt- und Bondflächen werden fotolithografisch freigelegt und anschließend die Fotoresistschicht durch Temperung bei einer Temperatur oberhalb der Löttemperatur gehärtet. Die Verbin­ dung zwischen den aufgedampften Leiterbahnen der Schaltungs­ ebenen wird durch Verlöten an den fotolithografisch freige­ legten Lötknoten hergestellt. Solche Multilayer-Hybridschal­ tungen mit Durchkontaktierung zwischen den Einzellagen werden im allgemeinen unter Verwendung von Keramikplatten, glasfa­ serverstärkten Leiterplatten oder kaschierten Folien als Iso­ lationsschicht sowie durch Strukturierung von Polymidschich­ ten hergestellt. Bei Keramik-Zwischenschichten werden dabei die Leiterbahnen in Dickschicht-Siebdrucktechnik, bei Lei­ terplatten mittels bekannter Additiv- und Substraktivtechnik erstellt. Die Verbindungslöcher zwischen den Schaltungsebe­ nen müssen in die Keramik- bzw. Leiterplatten gestanzt oder gebohrt werden. Durch Füllen mit Dickschichtpaste oder durch galvanisches Auskleiden der Verbindungslöcher kann dann eine Durchkontaktierung erfolgen. In der obersten Schaltungsebene müssen Vorbereitungen für die Montage von Einzelkomponenten wie Schwingquarze, Halbleiterchips und dergleichen getrof­ fen werden, die mit einem Sammelbegriff als SMD (surface mounted devices), d. h. oberflächenmontierte Komponenten be­ zeichnet werden.

Bei Schwingquarzen war es bisher üblich die Anschlußdrähte des Schwingquarzes, der aus baulichen Gründen zum Kleinhal­ ten der Einbauabmessungen der Hybridschaltungen stets lie­ gend auf der obersten Schaltungsebene montiert wird, recht­ winklig zweimal zu biegen und mit Anschlußflächen zu verlö­ ten, die an den entsprechenden Stellen auf der obersten Schal­ tungsebene vorgesehen sind. Das Umbiegen der Anschlußdrähte bringt die Gefahr von Haarrissen in den Durchführungen der Anschlußdrähte durch den Sockel des Schwingquarzes, der aus Glas oder Keramik besteht, mit sich. Von Nachteil ist auch bei bekannten Bauelementen, wie z. B. Schwingquarzen, daß sie einen Randwulst am Sockel aufweisen, der die Montagehöhe bei liegendem Einbau des Bauelements vergrößert.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung ein Bauelement für die Oberflächenmontage in einer Hybridschaltung zu schaf­ fen, bei dem das Entstehen von Haarrissen im Sockel während der Montage vermieden und die Bauhöhe des Bauelements verklei­ nert wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nach dem ersten Patentan­ spruch in der Weise gelöst, daß das Gehäuse des Bauelements aus einem Sockel und einer auf dem Sockel aufsitzenden Kappe ohne Randwulst besteht, und daß an dem Sockel Anschlußplätt­ chen an derjenigen Längsseite des Sockels angebracht sind, die auf Lötflächen von Leiterbahnen, die auf einem Träger der Hybridschaltung aufgebracht sind, aufliegt.

In Ausgestaltung der Erfindung weisen die Anschlußdrähte von den Anschlußplättchen zu der aktiven Einheit des Bauelements im Inneren der Kappe rechte Winkel auf, die sich innerhalb des Sockels befinden.

Die Weiterbildung der Erfindung ergibt sich aus den Merkma­ len der übrigen Patentansprüche 3 bis 8.

Mit der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß die Montage des Bauteils in der gleichen Weise wie bei bekannten Bautei­ len, bei denen die Anschlußdrähte erst nach der Fertigstel­ lung des Bauteils rechtwinklig gebogen werden, erfolgt, näm­ lich derart, daß die Bauteile durch das Montagewerkzeug ange­ saugt und auf den Träger bzw. das Substrat aufgelegt werden, wobei auf die Auflagestellen Klebe/Lötmittel aufgetragen ist. Bei dem anschließenden Transport des Trägers durch einen Kettenofen erfolgt dann durch die Wärmeeinwirkung die Ver­ lötung der einzelnen Bauelemente mit den auf dem Träger auf­ gebrachten Leiterbahnen der Hybridschaltung. Für diese Ar­ beitsweise können die bisherigen Lötanlagen ohne jede Verän­ derung weiterhin benutzt werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die unveränderte Befestigungs­ art der aktiven Einheit des Bauelements es gestattet, die bisherigen Fabrikationsverfahren für solche Bauelemente und die dazu benötigten Maschinen und Vorrichtungen mit geringen Änderungen beizubehalten. Die Erfindung wird im folgenden an­ hand von zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines bekannten Bau­ elements, montiert auf einem Träger einer Hybrid­ schaltung,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausfüh­ rungsform eines Bauelements nach der Erfindung, mon­ tiert auf dem Träger einer Hybridschaltung,

Fig. 3 eine vergrößerte Seitenansicht einer zweiten Ausfüh­ rungsform der Erfindung,

Fig. 4 eine Ansicht der Endfläche des Bauelements nach Fig. 3,

Fig. 5 den Sockel mit den Anschlußplättchen der Fig. 3 in Draufsicht, und

Fig. 6 ein vergrößertes Detail in Seitenansicht einer drit­ ten Ausführungsform.

Zu Fig. 1 ist ein herkömmliches Bauelement 18 z. B. ein ge­ kapselter Schwingquarz 21 für die Oberflächenmontage in einer Hybridschaltung gezeigt. Eine Metallkappe 20 des Bauelements ist mit dem Sockel 19 verbunden, dessen Randwulst auf einem Träger 24 der Hybridschaltung aufliegt. Anschlußdrähte 22 füh­ ren von dem Schwingquarz 21 durch eine isolierte Durchführung 26 im Sockel 19 nach außen zu verzinnten Anschlußflächen 23, die sich am Ende der Leiterbahnen, die auf dem Träger aufge­ bracht sind, befinden. Das Bauelement 18 ist liegend auf dem Träger 24 angeordnet und die Kappe 20 ist mittels einer beid­ seitig mit einer Klebeschicht versehenen Auflage 25 mit dem Träger 24 verklebt. Die Anschlußdrähte 22, von denen nur ei­ ner sichtbar ist, die übrigen liegen in der Ebene durch den sichtbaren Draht hinter diesem, werden vor der Montage zwei­ mal rechtwinklig gebogen, wodurch die Gefahr von Haarrissen in den Durchführungen 26 entsteht und der dadurch bedingten Funktionsbeeinträchtigung des Schwingquarzes. Der Randwulst des Sockels 19 vergrößert die Einbauhöhe des Bauelements 18.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des Bauelements 1 nach der Erfindung. Das Gehäuse 2 besteht aus einem Sockel 3 und einer auf dem Sockel aufsitzenden Kappe 4. Das Material des Sockels 3 ist Glas oder Keramik, während die Kappe 4 bei die­ ser Ausführungsform Glas ist. Die Kappe 4 sitzt auf dem Soc­ kel 3 so auf, daß bei diesem kein Randwulst übersteht. Die Verschmelzung des Sockels 3 mit der Kappe 4, wenn beide aus Glas sind, kann durch eine Stauchpressung der erwärmten Teile erfolgen. Der Sockel 3 besteht aus zwei Teilen 13, 14, die miteinander verklebt bzw. gefrittet sind. Der eine Teil 13 weist Einkerbungen für die Aufnahme der Drahtschenkel 15 der rechtwinklig gebogenen Anschlußdrähte 10, 11, 12 auf. Diese Drahtschenkel 15 verlaufen entlang der Berührungsfläche 16 des Teils 13 mit dem Teil 14 und stehen nicht über die Be­ rührungsfläche 16 vor. Anschlußplättchen 5, 6, 7 sind an dem Sockel 3 entlang derjenigen Längsseite des Gehäuses 2 ange­ bracht, die auf den Leiterbahnen 17 der Hybridschaltung auf­ liegt. Die Kappe 4 ist mittels einer Klebeschicht 9 mit den Leiterbahnen bzw. dem Träger 8 verbunden. Die Anschlußplätt­ chen 5, 6, 7, die mit den Anschlußdrähten 10, 11, 12 verlötet oder verschweißt sind, erstrecken sich über die Teile 13 und 14 und können auch über den Teil 13 hinausragen. Die rechten Winkel der Anschlußdrähte 10, 11, 12 verlaufen im Inneren des Sockels 3. Da die Anschlußdrähte 10, 11, 12 schon während der Herstellung des Bauelements 1 gebogen werden, entfällt ein nachträgliches Biegen der Anschlußdrähte und somit auch die Gefahr einer Haarrissbildung in dem Glas- oder Keramiksockel.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung ge­ zeigt, bei welcher der Sockel 3 einteilig ausgebildet ist und aus Glas oder Keramik besteht. Die rechtwinklig gebogenen Anschlußdrähte 10, 11, 12 werden in den Sockel 3 bei dessen Fertigung eingebracht. Der mittlere Anschlußdraht 11 dient als Masse-Anschluß, während die beiden äußeren Anschlußdrähte 10 und 12 für die Spannungsversorgung des Bauelements 1 sor­ gen. Die Fig. 3 ist gegenüber der Fig. 1 und 2 vergrößert ge­ zeichnet. Der Sockel 3 hat eine Fase, auf die ein Metallring 27 aufgezogen ist. Die Kappe 4 besteht gleichfalls aus einem Metall und ist am offenen Ende umgebördelt, um ein leichtes Verschweißen der Kappe 4 mit dem Metallring 27 zu ermöglichen. Das Verschweißen erfolgt im allgemeinen durch eine Stauchpres­ sung (Kaltschweißen) der Metallkappe 4 mit dem Metallring 27.

Die Endfläche des Bauelements 1 zeigt die Ansicht nach Fig. 4, die den ovalen Metallring 27 erkennen läßt, der auf der Fase des Sockels aufsitzt. In dieser Ansicht sind auch die in der Mittelebene des Bauelements verlaufenden Anschlußdrähte 10, 11, 12 zu erkennen, die durch eine Punktschweißung oder -lötung senkrecht mit den Anschlußplättchen 5, 6, 7 verbunden sind.

Fig. 5 zeigt in Draufsicht den Sockel 3 mit den Anschluß­ plättchen 5, 6, 7, die auch über den Teil 13 des Sockels hinaus­ ragen können und den Anschlußdrähten 10, 11, 12. Die Kappe 4 und der Metallring 27 gemäß dieser Ausführungsform der Er­ findung sind gleichfalls eingezeichnet.

Fig. 6 zeigt im Detail die Verbindungsstelle einer Metallkappe 28 mit einem Metallring 29 einer weiteren Ausführungsform. Der Metallring 29, der auf dem nicht gezeigten Sockel aufsitzt, hat einen Bund, gegen den die Metallkappe 28 so anliegt, daß ihre Außenseite mit der Metallringaußenseite fluchtet. Das Bauelement 1 ist insbesondere ein Schwingquarz, kann aber auch ein Halbleiterchip oder ein sonstiges Bauteil sein, das auf der Oberfläche einer Hybridschaltung montiert wird. Von Vorteil ist bei dem Bauelement vor allem die Tatsache, daß es für die automatische Bestückung von Hybridschaltungen ohne zusätzlichen Biegeschritt für die Anschlußdrähte geeignet ist. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform ist die Einpas­ sung der Kappe in eine Fase des auf den Sockel aufgezogenen Metallrings, die durch Löten oder Schweißen eine innige Ver­ bindung eingehen und die ohne die Sockelmasse vergrößernden Wulst vorgenommen werden kann. Bei der Montage wird das Bau­ teil angesaugt und auf den Träger an der dafür vorgesehenen Stelle aufgelegt, auf der Klebe/Lötmittel aufgebracht ist. Anschließend durchläuft der Träger einen Kettenofen, in wel­ chem durch die Wärmeeinwirkung das Verlöten der Anschlußplätt­ chen mit den verzinnten Enden der auf dem Träger aufgebrach­ ten Leiterbahnen erfolgt.

Claims (8)

1. Bauelement für die Oberflächenmontage in einer Hybrid­ schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) des Bauelements (1) aus einem Sockel (3) und einer auf dem Sockel aufsitzenden Kappe (4) ohne Randwulst besteht und daß an dem Sockel (3) Anschlußplättchen (5, 6, 7) an derjenigen Längsseite des Sockels (3) angebracht sind, die auf Lötflächen von Leiterbahnen (17), die auf einem Träger (8) der Hybridschaltung aufgebracht sind, aufliegt.

2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußdrähte (10, 11, 12) von den Anschlußplättchen (5, 6, 7) zu der aktiven Einheit (21) des Bauelements (1) im Inneren der Kappe (4) rechte Winkel aufweisen, die sich innerhalb des Sockels (3) befinden.

3. Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel (3) einteilig ausgebildet ist und aus Glas be­ steht, in das die rechtwinkligen Anschlußdrähte (10, 11, 12) eingeschmolzen sind.

4. Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel (3) zweiteilig ausgebildet ist, daß beide Teile (13, 14) aus Glas bestehen und miteinander verklebt oder gefrittet sind und daß die einen Drahtschenkel (15) der gewinkelten Anschlußdrähte (10, 11, 12) entlang der Berüh­ rungsfläche (16) des einen Teils (13) mit dem anderen Teil (14) angeordnet sind.

5. Bauelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (4) aus Metall be­ steht und mit einem Metallring (27) verschweißt oder ver­ lötet ist, der auf einer Fase des Sockels (3) aufgezogen oder angeschmolzen ist.

6. Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der einteilige Sockel (3) aus Keramik besteht, in welche die rechtwinkligen Anschlußdrähte (10, 11, 12) eingebracht sind.

7. Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel (3) aus zwei Teilen (13, 14) aus Keramik besteht, die miteinander verklebt sind und daß die einen Draht­ schenkel (15) der gewinkelten Anschlußdrähte (10, 11, 12) in der einen Berührungsfläche des einen Teils so weit ver­ senkt sind, daß sie über die Berührungsfläche nicht vor­ stehen.

8. Bauelement nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das aktive Element (21) ein Schwingquarz ist.