DE3619226A1 - Wiring support - Google Patents

Wiring support

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DE3619226A1
DE3619226A1 DE19863619226 DE3619226A DE3619226A1 DE 3619226 A1 DE3619226 A1 DE 3619226A1 DE 19863619226 DE19863619226 DE 19863619226 DE 3619226 A DE3619226 A DE 3619226A DE 3619226 A1 DE3619226 A1 DE 3619226A1
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DE
Germany
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wiring
carrier according
wiring carrier
profiles
heat
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE19863619226
Other languages
German (de)
Inventor
Eberhard Dr Ing Koehler
Guenter Dr Ing Dittmar
Rudolf Dipl Ing Behlert
Dietmar Dr Sc Techn Oertel
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Robotron VEB
Original Assignee
Robotron VEB
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Publication date
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Priority claimed from DD85284028A external-priority patent/DD243384A1/en
Priority claimed from DD28402685A external-priority patent/DD243383A1/en
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Abstract

The invention relates to a wiring support having metallic and non-metallic cores for the wiring of electronic components/assemblies, effective dissipation of heat losses, and having passive electrical functional elements and semiconductor components. The invention is based on the object of creating a wiring support which is in the form of a plate and has a large number of vertical through-connections for components which have a large number of terminals and use power intensively, which ensures the electrical power supply and heat dissipation using gaseous or liquid cooling media, and containing passive electrical functional elements as well as semiconductor components. According to the invention, the wiring support is produced by separating into wafers a strand through which there pass longitudinally and/or transversely metallic and non-metallic [lacuna], and contains (at defined points) through-connections, solid electrical bushings, electrical power supply leads, heat conducting dies, plug sockets, heat-dissipation profiles, passive electrical functional elements such as resistors, capacitors and the like, and semiconductor components, especially diodes and Peltier elements. Fields of application: computer and office technology, industrial robots and telecommunications, scientific equipment construction, consumer electronic items, measurement control and regulation technology, cycle II of circuit production, compact assemblies with optical outputs and inputs. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdrahtungsträger mit metallischen Kernen für die Verdrahtung elektronischer Bauelemente und Baugruppen, die effektive Abführung der entstehenden Verlustwärme und mit im Verdrahtungsträger integrierten Halbleiterbauelementen und passiven elektrischen Funktionselementen. Anwendungsgebiete der Erfindung sind die elektronische Rechen- und Bürotechnik, Industrieroboter- und Nachrichtentechnik, der wissenschaftliche Gerätebau, die Konsumgüterelektronik, die Meß-, Steuer- und Regelungstechnik, der Zyklus II der Schaltkreisherstellung sowie Kompaktbaugruppen mit optischen Ein- und Ausgängen insbesondere in der Informationsübertragung.The invention relates to a wiring carrier with metallic Cores for wiring electronic components and assemblies, the effective dissipation of the heat loss and with semiconductor components integrated in the wiring carrier and passive electrical functional elements. application areas the invention are electronic computing and office technology, Industrial robotics and communications technology, the scientific Device construction, consumer goods electronics, measurement, control and regulation technology, cycle II of circuit manufacture as well Compact modules with optical inputs and outputs in particular in information transfer.

Der technische Fortschritt führt zu immer komplexeren und kompakteren mikroelektronischen Baugruppen, gekennzeichnet durch eine Vielzahl auf engstem Raum angeordneter, in der Regel gehäuseloser mikroelektronischer Bauelemente mit zum Teil erheblicher Wärmeentwicklung sowie einer Vielzahl innerer Verbindungen und äußerer Anschlüsse. Bekannte Lösungen basieren auf einem Träger aus isolierendem Material mit aufgebrachter Dick- oder Dünnschicht-Struktur.Technological progress leads to more and more complex and compact microelectronic assemblies, characterized by a large number arranged in a confined space, usually without a housing microelectronic components, some of which are considerable Heat development and a variety of internal connections and external connections. Known solutions are based on a carrier made of insulating material with a thick or thin film structure.

Es sind Lösungen bekannt (DE-PS 25 58 361), bei denen in ein Keramiksubstrat eingebrachte Löcher mit leitfähige Siebdruckpaste ausgefüllt und so die Verbindungen zwischen der in Dickschichttechnik aufgebrachten Verbindungsstruktur und den aufgesetzten Anschlußelementen hergestellt sind. Technologische Probleme, bedingt durch Materialeigenschaften bei der Herstellung des Keramikträgers mit ausreichend lagegenauen Löchern, schränken den Anwendungsbereich dieser Lösungen jedoch erheblich ein. Eine andere Lösung besteht darin, daß der Verdrahtungsträger aus dünnen Lagen dickschichtstrukturierter ungebrannter (sogenannter grüner) Keramik mit eingefügten Anschlußelementen zusammengesintert ist (US-PS 5 09 772), so daß der Träger as der Verbindungsstruktur selbst gebildet wird. Diese Lösung erfüllt weitgehend die funktionellen Anforderungen, ist jedoch in ihrem strukturellen Aufbau kompliziert und technologisch aufwendig. Solutions are known (DE-PS 25 58 361), in which holes are made in a ceramic substrate filled with conductive screen printing paste and so the connections between the connection structure applied in thick-film technology and the attached connection elements are. Technological problems due to material properties sufficient in the production of the ceramic carrier accurate holes, restrict the area of application of these solutions, however, significantly. Another solution is there in that the wiring carrier made of thin layers of thick-film structure unfired (so-called green) ceramics is sintered together with inserted connection elements (US-PS 5 09 772), so that the carrier as the connecting structure itself is formed. This solution largely fulfills that functional requirements, however, is in their structural Structure complicated and technologically complex.  

Dünnschichtstrukturen ermöglichen gegenüber Dickschichtstrukturen eine wesentlich höhere Leiterzugdichte, so daß die erforderliche Anzahl an Verbindungsebenen gegenüber einer Verbindungsstruktur in Dickschichttechnik wesentlich reduziert und damit in ihrem strukturellen Aufbau unkomplizierter ist. Die Dünnschichttechnik stellt aber höchste Anforderungen an die die Verbindungsstruktur tragende Oberfläche, so daß bereits kleinste Störstellen, wie z. B. der Übergang vom Träger zu einem in diesem Träger eingefügten Leiterelement, die Anwendung bekannter Lösungen ausschließt. Es ist auch eine Lösung bekanntgeworden (DE-OS 24 43 287), der auf einem Keramiksubstrat mit durchmetallisierten, nachträglich verschlossenen Löchern zunächst eine mehrlagige Dickschicht-Verbindungsstruktur und auf dieser eine Dünnschicht- Verbindungsstruktur aufgebracht sind. Diese Lösung beinhaltet die bereits angeführten Nachteile von Dickschichtstrukturen und ist darüber hinaus technologisch aufwendiger, bedingt durch die Anwendung zweier unterschiedlicher Strukturierungsverfahren.Thin film structures enable compared to thick film structures a much higher conductor density, so that the required Number of connection levels compared to a connection structure significantly reduced in thick film technology and thus in their structural structure is more straightforward. The thin film technology but places the highest demands on the connection structure load-bearing surface, so that even the smallest imperfections, such as e.g. B. the transition from the carrier to an inserted in this carrier Ladder element, which excludes the use of known solutions. A solution has also become known (DE-OS 24 43 287), the on a ceramic substrate with through-metallized, subsequently closed holes initially a multi-layer Thick-film connection structure and on this a thin-film Connection structure are applied. This solution includes the disadvantages of thick-film structures already mentioned and is also technologically more complex, conditional by using two different structuring methods.

Als Träger-Werkstoffe finden üblicherweise isolierende Werkstoffe auf der Basis Phenolharz, Epoxyd-Glasgewebe, Keramik oder Glas Verwendung. Diese Werkstoffe zeichnen sich durch eine geringe bis mäßige Wärmeleitfähigkeit aus und erfüllen nicht die wärmetechnischen Anforderungen hochkomponenter mikroelektronischer Baugruppen. Spezielle Anwendungen beinhalten Träger aus gut wärmeleitfähiger, aber im Verarbeitungszustand hochtoxischer Berylliumoxidkeramik.Insulating materials are usually used as carrier materials based on phenolic resin, epoxy glass fabric, ceramics or glass use. These materials are characterized by a low to moderate thermal conductivity and meet not the highly technical thermal requirements microelectronic assemblies. Include special applications Carrier made of good thermal conductivity, but in processing condition highly toxic beryllium oxide ceramic.

Es sind auch Lösungen bekanntgeworden (DE-PS 21 31 205), bei denen in einen aus isolierenden Werkstoff bestehenden Träger zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit Kerne aus gut wärmeleitfähigen Werkstoff eingefügt sind. Weiterhin sind Lösungen bekanntgeworden (DD-AP 1 10 142), bei denen der Träger aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff besteht und mit einer isolierenden Schicht, z. B. aus Emaille oder Polyesterfolie beschichtet ist. Elektrisch leitende, voneinander isolierte Durchverbindungen sind bei diesen Lösungen nicht bzw. nur in Form von Löchern möglich, wobei die Lochwandugen vor dem Ausbringen einer leitfähigen Schicht zunächst isolierend beschichtet sein müssen. Solutions have also become known (DE-PS 21 31 205) in a carrier made of insulating material cores made of good thermal conductivity to increase the thermal conductivity Material are inserted. Solutions have also become known (DD-AP 1 10 142), in which the carrier consists of a good heat-conducting material and with an insulating Layer, e.g. B. is coated from enamel or polyester film. Electrically conductive, isolated connections are not in these solutions or only in the form of holes possible, the hole walls before the application of a conductive Layer must first be coated in an insulating manner.  

Das Beschichten der Lochwandungen wird mit abnehmenden Lochdurchmesser immer schwieriger und unsicherer, so daß ein minimaler Lochdurchmesser nicht unterschritten werden kann. Diese Lösungen beinhalten somit (mit Ausnahme der besseren wärmetechnischen Eigenschaften) alle Nachteile der bereits vorstehend beschriebenen Verdrahtungsträger mit durchmetallisierten Löchern. Eine weitere Lösung (DE-PS 26 12 747) beinhaltet als Träger für Dünnschichtstrukturen ein Metallsubstrat aus Aluminium mit extrem glatter Oberfläche, auf der eine düne isolierende Schicht aus Al2O3 aufgebracht ist. Elektrisch leitende Druckverbindungen durch den Träger sind auch bei der Lösung nicht möglich. Die extrem unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Aluminium und Al2O3 sind bei größeren anwendungs- oder technologisch bedingten Temperaturunterschieden kritisch. Als nachteilig erweist sich außerdem der durch die verfahrensbedingte geringe Al2O3-Schichtdicke bewirkte geringe Abstand zwischen den Leiterzügen und dem Metallsubstrat, der zu kleinen Wellenwiderständen und damit zu den bereits erwähnten Einschränkungen in der Anwendung führt.The coating of the hole walls becomes more and more difficult and unsafe with decreasing hole diameters, so that a minimum hole diameter cannot be undershot. These solutions thus (with the exception of the better thermal properties) include all the disadvantages of the above-described wiring carriers with through-metallized holes. Another solution (DE-PS 26 12 747) includes a metal substrate made of aluminum with an extremely smooth surface as a carrier for thin-layer structures, on which a thin insulating layer made of Al 2 O 3 is applied. Electrically conductive pressure connections through the carrier are also not possible with the solution. The extremely different coefficients of thermal expansion of aluminum and Al 2 O 3 are critical in the case of larger application or technological temperature differences. The short distance between the conductor tracks and the metal substrate, which is caused by the process-related small Al 2 O 3 layer thickness, also proves to be disadvantageous, which leads to low wave resistances and thus to the restrictions in use already mentioned.

Technisch breit eingeführte Verdrahtungsträger ermöglichen im wesentlichen nur die Befestigung der Bauelemente, ihre Verdrahtung untereinander und zum nächst höheren Verdrahtungsniveau. Zur Erhöhung der Packungsdichte und zur Verbesserung der Signallaufzeit wurden bei Verdrahtungsträgern aus Mehrlagenkeramik Kondensatoren schichtweise eingebaut.
(Chance, D.A.: el. al.: A Ceramic Capacitor Substrat for High Speed Switching VLSI Chip. IEEE
Transactions on Componente, Hybrids and Manufactoring Technology 5 (1982) No. 4)
Die im ungebrannten Zustand mit elektrischen und dielektrischen Schichten bedruckten Keramikfolien werden gestapelt, zusammengefügt und bei über 1400°C gesintert. Die so entstandenen hochkompakten Verdrahtungsträger weisen neben den Leitbahnen und den Durchkontaktierungen zwischen den Leitbahnebenen noch geschichtete Kapazitäten auf. Die hohen Sintertemperaturen verhindern das Einfügen von Werkstoffen, wie sie zur Erzeugung anderer elektronischer Bauelemente benötigt werden. Technically widely introduced wiring supports essentially only allow the components to be fastened, their wiring to one another and to the next higher wiring level. In order to increase the packing density and to improve the signal propagation time, capacitors were installed in layers in multi-layer ceramic wiring carriers.
(Chance, DA: el. Al .: A Ceramic Capacitor Substrate for High Speed Switching VLSI Chip. IEEE
Transactions on Component, Hybrids and Manufacturing Technology 5 (1982) No. 4)
The ceramic foils, printed with electrical and dielectric layers in the unfired state, are stacked, assembled and sintered at over 1400 ° C. The resulting highly compact wiring carriers have layered capacitances in addition to the interconnects and the vias between the interconnect levels. The high sintering temperatures prevent the insertion of materials that are required to produce other electronic components.

In der DE-OS 33 16 017 wird eine Multisubstratschaltung vorgestellt, wobei elektrische Bauelemente auf einzelne Keramiksubstrate aufgebracht werden. Aus diesen Einzelsubstraten wird dann ein kompaktes Substrat zusammengesetzt. Diese Lösung ist technologisch aufwendig und für eine Massenfertigung nicht geeignet.A multi-substrate circuit is presented in DE-OS 33 16 017, where electrical components on individual ceramic substrates be applied. These individual substrates become then put together a compact substrate. This solution is technologically complex and not suitable for mass production.

Von den bisher bekannten konstruktiven Lösungen erfüllt keine die Forderungen nach hoher Verdrahtungsdichte, sehr guter Wärmeleitfähigkeit, angepaßten thermischen Ausdehnungskoeffizienten, Einsatz billiger, edelmetallfreier Materialien und ökonomischer Herstellung in kleinen und großen Serien der Komponenten Trägerplatte, Verdrahtungsstruktur, Kühlkörper und Anschlußelemente im Komplex. Die bekannten Lösungen ermöglichen nicht die Integration beliebiger passiver elektronischer Bauelemente bzw. aktiver Halbleiterbauelemente im Verdrahtungsträger.None of the previously known constructive solutions the demands for high wiring density, very good Thermal conductivity, adjusted thermal expansion coefficient, Use of cheap, precious metal-free materials and economical production in small and large series of Components carrier plate, wiring structure, heat sink and connection elements in the complex. Allow the known solutions not the integration of any passive electronic Components or active semiconductor components in the Wiring bracket.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen plattenförmigen Verdrahtungsträger zu schaffen, der eine Vielzahl senkrechter Durchverbindungen für hochpolige, leistungsintensive Bauelemente besitzt, die Stromversorgung und die Wärmeabführung mit gasförmigen oder flüssigen Kühlmedien sicher gewährleistet und der zusätzlich zu Durchkontaktierungen passive elektrische Funktionselemente und Bauelemente zur Gleichrichtung, zur Energiewandlung und mit signalerzeugender, signalverarbeitender oder speichernder Funktion enthält.The invention has for its object a plate-shaped To create wiring supports of a variety of vertical Through connections for multi-pole, high-performance Has components, the power supply and heat dissipation guaranteed with gaseous or liquid cooling media and the passive in addition to vias electrical functional elements and components for rectification, for energy conversion and with signal-generating, signal-processing or storing function.

Unter Funktionselement soll hier ein in die Trägerplatte integriertes Element mit passiver elektrischer Funktion, wie z. B. bei einem Widerstand, einem Thermistor oder einem Varistor verstanden werden.A functional element is supposed to be in the carrier plate integrated element with passive electrical function, such as e.g. B. with a resistor, a thermistor or a Varistor can be understood.

Die Aufgabe wird mit einem Verdrahtungsträger für verkappte und unverkappte elektronische Bauelemente, bestehend aus einer Trägerplatte mit einer beidseitig aufgebrachten Verdrahtungsstruktur, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die ebene Trägerplatte durch scheibenweises Zertrennen eines mit metallischen und nichtmetallischen Profilen längs und/oder quer durchsetzten Stranges entstaden ist. Die Profile bestehen aus einer Legierung, einem Metalloxid, einem Halbleiter, einem Glas, einem Dielektrikum, einem Ferroelektrikum oder einer Kombination dieser Stoffe. Die ebene Trägerplatte enthält an definierten Stellen senkrecht angeordnete Durchverbindungen, massive elektrische Durchführungen, waagerechte Stromzuführungen, Wärmeleitstempel, Steckerbuchsen, Wärmeabführprofile und wenigstens ein passives elektrisches Funktionselement und/oder eine halbleitende Struktur mit signalerzeugender, signalverarbeitender oder speichernder Funktion.
Erfindungsgemäß bestehen die senkrecht angeordneten Durchverbindungen aus dichtgepackten, elektrisch voneinander isolierten Stiften aus elektrisch leitendem Material, wobei der runde oder eckige Querschnitt der Stifte kleiner, höchstens gleich der Stirnfläche der Durchverbindung ist.
Erfindungsgemäß besitzen ein oder mehrere massive Metallprofile einen äußeren und ein oder mehrere hohle Metallprofile einen inneren Querschnitt, der den Querschnitt von an diesen Stellen einzufügenden mikroelektronischen Bauelementen entspricht. Die massiven Metallprofile weisen eine glatte Oberfläche auf. Dadurch lassen sich die Metallprofile leicht aus dem Verdrahtungsträger entfernen. An diese Stellen oder in den hohlen Metallprofilen lassen sch mikroelektronische Bauelemente platzsparend anordnen.The object is achieved according to the invention with a wiring support for capped and uncapped electronic components, consisting of a support plate with a wiring structure applied on both sides, in that the flat support plate is removed by cutting a strand of metal and non-metallic profiles longitudinally and / or transversely through which it is separated. The profiles consist of an alloy, a metal oxide, a semiconductor, a glass, a dielectric, a ferroelectric or a combination of these substances. The flat carrier plate contains vertically arranged through connections, solid electrical feedthroughs, horizontal power supply lines, heat-conducting stamps, plug sockets, heat dissipation profiles and at least one passive electrical functional element and / or a semiconducting structure with signal-generating, signal-processing or storing function at defined points.
According to the invention, the vertically arranged through connections consist of tightly packed, electrically insulated pins made of electrically conductive material, the round or angular cross section of the pins being smaller, at most equal to the end face of the through connection.
According to the invention, one or more solid metal profiles have an outer cross section and one or more hollow metal profiles have an inner cross section which corresponds to the cross section of microelectronic components to be inserted at these points. The solid metal profiles have a smooth surface. This makes it easy to remove the metal profiles from the wiring carrier. At these points or in the hollow metal profiles, sch microelectronic components can be arranged to save space.

Vorteilhafterweise besitzen die Metallprofile, das Isolierharz, die aufgesetzte Kappe für die Kühlung und die Gehäusekappe annähernd den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α, wobei α einen Wert von 24 · 10-6K-1 nicht überschreitet.Advantageously, the metal profiles, the insulating resin, the attached cap for cooling and the housing cap have approximately the same coefficient of thermal expansion α , where α does not exceed a value of 24 · 10 -6 K -1 .

Beim Einsatz von Quarzfaser-Polyimid-Isolierharz als Isolator bestehen die Metallprofile aus einer Legierung von 23% Ni, 42% Fe und 35% Cu, beim Einsatz von Epoxid-Glashartgewebe aus einer Legierung von 7% Ni, 13% Fe und 80% Cu.When using quartz fiber polyimide insulating resin as an insulator the metal profiles consist of an alloy of 23% Ni, 42% Fe and 35% Cu, when using epoxy hard glass fabric made of an alloy of 7% Ni, 13% Fe and 80% Cu.

Die Leiterzüge, die Widerstandsbahnen und die Isolationsflächen bestehen aus siebgedruckten Polymerpasten. The conductor tracks, the resistance tracks and the insulation areas consist of screen-printed polymer pastes.  

Die waagerechten Steckerstifte und Wärmeabführprofile können die gleiche Dicke wie die Trägerplatte besitzen. Auf die senkrecht angeordneten Wärmeleitstempel sind Nacktchips mit hoher Verlustleistung aufgeklebt und die Wärme wird auf der Rückseite des gas- und flüssigkeitsdichten Verdrahtungsträgers durch ein Kühlmedium abgeführt. Die Wärmeleitstempel besitzen einen an die elektronischen Bauelemente angepaßten thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Bei Siliziumhalbleiterschaltkreise bestehen die Wärmeleitstempel vorzugsweise aus Aluminiumnitridkeramik.The horizontal connector pins and heat dissipation profiles can have the same thickness as the carrier plate. On the vertical Arranged thermal stamps are bare chips with high power dissipation glued on and the heat is on the back of the gas and liquid-tight wiring carrier through a cooling medium dissipated. The heat-conducting stamps have an electronic one Components adapted thermal expansion coefficient. In the case of silicon semiconductor circuits, the thermal stamps exist preferably made of aluminum nitride ceramic.

Die Wärmeleitstempel sind an ihrem Umfang profiliert, um einen festen Sitz zu erreichen.
Eine Variante ist es, auf die waagerechten Wärmeabführprofile Nacktchips mit hoher Verlustleistung anzubonden und die Wärme durch ein Kühlmedium abzuführen. Mehrere gestapelte, durch einen Distanzrahmen getrennte, mit Nacktchips bestückte Verdrahtungsträger bilden eine demontierbare Kompaktbaugruppe.The heat conducting stamps are profiled on their circumference in order to achieve a firm fit.
One variant is to bond naked chips to the horizontal heat dissipation profiles with high power dissipation and to dissipate the heat through a cooling medium. Several stacked wiring carriers separated by a spacer frame and equipped with bare chips form a removable compact assembly.

Die passiven elektrischen Funktionselemente, die halbleitenden Strukturen und die elektrischen Durchkontaktierungen besitzen einen frei wählbaren Querschnitt und alle die gleiche Höhe, so daß der Verdrahtungsträger zwei ebene oder parallele Oberflächen aufweist. Die Verdrahtungsstruktur, die sich auf mindestens einer Seite des Verdrahtungsträgers befindet, ist je nach schaltungstechnischen Erfordernissen mit den Durchkontaktierungen, den Funktionselementen und den halbleitenden Strukturen verbunden. In den Verdrahtungsträger integrierte passive elektrische Funktionselemente können sein:
- Kondensatoren
- Varistoren
- ohmsche Widerstände
- temperatur- oder magnetfeldempfindliche Sensoren oder SpulenThe passive electrical functional elements, the semiconducting structures and the electrical plated-through holes have a freely selectable cross section and all have the same height, so that the wiring carrier has two flat or parallel surfaces. The wiring structure, which is located on at least one side of the wiring carrier, is connected to the plated-through holes, the functional elements and the semiconducting structures, depending on the circuitry requirements. Passive electrical functional elements integrated in the wiring carrier can be:
- capacitors
- varistors
- ohmic resistances
- Temperature or magnetic field sensitive sensors or coils

Dabei können zwei Spulen so angeordnet werden, daß sie einen Transformator bilden. Two coils can be arranged so that they are one Form transformer.  

Die passiven elektrischen Funktionselemente sind in vertikaler oder horizontaler Richtung angeordnet. Bei der vertikalen Anordnung erfolgt die Kontaktierung auf beiden Seiten des Verdrahtungsträgers. Bei horizontaler Anordnung sind die Funktionselemente auf einer Seite des Verdrahtungsträgers kontaktiert.The passive electrical functional elements are vertical or arranged horizontally. With the vertical arrangement contact is made on both sides of the wiring carrier. The functional elements are horizontal contacted on one side of the wiring carrier.

Zur elektrischen Leistungsmessung ist es vorteilhaft, über einer Spule einen Hallgenerator anzuordnen. Zur Messung infraroter Strahlung kann über einer Spule ein photoelektromagnetischer Detektor angeordnet sein.For electrical power measurement, it is advantageous to to arrange a coil a Hall generator. For measuring infrared Radiation can be a photoelectromagnetic over a coil Be arranged detector.

Die halbleitende Struktur ist beispielsweise eine Diode, deren pn-Übergang vertikal oder horizontal zur Verdrahtungsfläche der Trägerplatte liegt.
Bei der vertikalen Anordnung der Dioden sind die Anode auf der einen und die Katode auf der anderen Seite des Verdrahtungsträgers kontaktiert.
Horizontal angeordnete Dioden werden durch massive Metallelektroden begrenzt und brauchen nur auf einer Verdrahtungsträgerseite kontaktiert zu werden. Die Dioden können Lumineszenz-, Laser-, Foto- oder Gleichrichterdioden sein. Die Dioden besitzen vorzugsweise optische Funktionen oder dienen zum Gleichrichten einer Wechselspannung. Die optische Funktion der Laser- und Lumineszenzdioden ist die Emission von Photonen. Die Fotodioden dienen zum Nachweis von Photonen. Anstelle der Fotodioden können auch Fotowiderstände eingebaut sein.The semiconducting structure is, for example, a diode whose pn junction is vertical or horizontal to the wiring surface of the carrier plate.
In the case of the vertical arrangement of the diodes, the anode on one side and the cathode on the other side of the wiring carrier are contacted.
Horizontally arranged diodes are limited by solid metal electrodes and only need to be contacted on one side of the wiring board. The diodes can be luminescent, laser, photo or rectifier diodes. The diodes preferably have optical functions or serve to rectify an AC voltage. The optical function of the laser and luminescent diodes is the emission of photons. The photodiodes are used to detect photons. Instead of the photo diodes, photo resistors can also be installed.

Erfindungsgemäß können die halbleitenden Strukturen auch p- und n-leitende Peltierelemente sein, die als Peltierbatterien zusammengeschaltet sind, wobei die Peltierelemente von einem mit Glasfasern gefüllten, ausgehärteten, thermisch und elektrisch isolierenden Harz seitlich begrenzt werden. Die warmen Flächen der Peltierbatterien sind mit den Randelektroden des Verdrahtungsträgers thermisch und elektrisch gut leitend verbunden.According to the invention, the semiconducting structures can also be p- and n-type Peltier elements that act as Peltier batteries are interconnected, the Peltier elements of one filled with glass fibers, hardened, thermally and electrically insulating resin are limited laterally. The warm ones Surfaces of the Peltier batteries are with the edge electrodes of the Wiring carrier thermally and electrically well connected.

Die halbleitenden Strukturen können sich auf der Ober- und/ oder Unterseite des Verdrahtungsträgers befinden. The semiconducting structures can be on the top and / or underside of the wiring carrier.  

Die Erfindung soll im weiteren an einigen Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen:The invention is intended to be based on a few exemplary embodiments are explained. Show it:

Fig. 1: Verdrahtungsträger mit massiven Durchführungen und drahtförmigen Durchverbindungen sowie längs angeordneten Kontaktstiften und Wärmeabführprofilen Fig. 1: Wiring carrier with solid bushings and wire-shaped connections as well as longitudinally arranged contact pins and heat dissipation profiles

Fig. 2: Ausschnitt der drahtförmigen Durchverbindung des Verdrahtungsträgers Fig. 2: Section of the wire-shaped through connection of the wiring carrier

Fig. 3: Verdrahtungsträger mit Luftkühlung Fig. 3: Wiring bracket with air cooling

Fig. 4: Verdrahtungsträger mit Flüssigkühlung an der Unterseite des Verdrahtungsträgers Fig. 4: Wiring carrier with liquid cooling on the underside of the wiring carrier

Fig. 5: Kompaktbaugruppe mit gestapelten Verdrahtungsträgern und integrierter Flüssigkeitskühlung Fig. 5: Compact module with stacked wiring carriers and integrated liquid cooling

Fig. 6: Verdrahtungsträger mit integrierten passiven elektrischen Funktionselementen Fig. 6: Wiring carrier with integrated passive electrical functional elements

Fig. 7: Schnitt durch den Verdrahtungsträger aus Fig. 6 Fig. 7 is a section through the wiring substrate of Figure 6.

Fig. 8: Verdrahtungsträger mit integrierten Halbleiterbauelementen ohne aufgebrachte Verdrahtungsstruktur Fig. 8: Wiring carrier with integrated semiconductor components without an applied wiring structure

Fig. 9: Schnitt durch eine Kompaktbaugruppe unter Verwendung des Verdrahtungsträgers aus Fig. 8 Fig. 9 shows a section through a compact assembly using the wiring substrate of Figure 8.

In Fig. 1 ist der Verdrahtungsträger dargestellt, wie er nach dem Zertrennen eines aus Profilen bestehenden Stranges vorliegt. Die in Längsrichtung vergessenen Profile bilden nach dem Schneiden des Stranges kurze Durchverbindungen. Die in Querrichtung eingeschobenen Profile müssen etwa so dick sein wie die endgültige Verdrahtungsträgerplatte. Nach dem beidseitigen Schleifen wird eine Verdrahtungsstruktur aufgebracht, wobei dazu Verfahren der Dünnschichttechnik und Galvanik eingesetzt werden. In Fig. 1, the wiring carrier is shown as it is after cutting a strand consisting of profiles. The profiles forgotten in the longitudinal direction form short through connections after the strand has been cut. The profiles inserted in the transverse direction must be about as thick as the final wiring board. After grinding on both sides, a wiring structure is applied using thin-film technology and electroplating processes.

Zum Erreichen einer hohen Zuverlässigkeit bei Temperaturwechselbeanspruchung des Verdrahtungsträgers ist es günstig, bei Verwendung von Quarzfaser-Polyimid als Isolierharz Metallprofile aus einer Legierung von 23% Ni, 42% Fe, 35% Cu und bei Verwendung von Epoxyd-Glashartgewebe Metallprofile aus einer Legierung von 7% Ni, 13% Fe, 80% Cu zu verwenden.
Die massive Masseelektroden 1 ist als stabiler Rand ausgebildet. Der Isolator 2 ist ein Schichtverbundwerkstoff, z. B. Epoxid- Glashartgewebe, das dem Träger die notwendige Festigkeit verleiht. Die massiven Durchführungen 3 dienen der elektrischen Durchverbindung und der Wärmeableitung der darauf befestigten Bauelemente. Die Durchverbindung 4 besteht aus dichtgepackten, elektrisch voneinander islierten Stiften 10, z. B. aus eloxierten Aluminiumdrähten. Ein oder mehrere massive Metallprofile 38 besitzen eine glatte Oberfläche und einen äußeren Querschnitt, der dem Querschnitt von an diesen Stellen einzufügenden mikroelektronischen Bauelementen entsprecht. Durch die glatte Oberfläche lassen sich die Metallprofile 38 leicht aus dem Verdrahtungsträger entfernen und an diese Stellen können mikroelektronische Bauelemente platzsparend angeordnet werden. Die hohlen Metallprofile 39 mit einem inneren Querschnitt, der dem Querschnitt von einzufügenden mikroelektronischen Bauelementen entspricht, verbleiben im Verdrahtungsträger. Die mikroelektronischen Bauelemente werden im Hohlraum angeordnet.To achieve a high level of reliability when the wiring carrier is subjected to changes in temperature, it is advantageous to use metal profiles made of an alloy of 23% Ni, 42% Fe, 35% Cu when using quartz fiber polyimide as the insulating resin and metal profiles made from an alloy of 7 when using epoxy glass fiber cloth % Ni, 13% Fe, 80% Cu.
The massive ground electrodes 1 are designed as a stable edge. The insulator 2 is a layered composite material, e.g. B. epoxy glass hard cloth, which gives the wearer the necessary strength. The massive bushings 3 are used for electrical connection and heat dissipation of the components attached to them. The through connection 4 consists of tightly packed, electrically insulated pins 10 , z. B. made of anodized aluminum wires. One or more solid metal profiles 38 have a smooth surface and an outer cross section which corresponds to the cross section of microelectronic components to be inserted at these locations. Due to the smooth surface, the metal profiles 38 can be easily removed from the wiring carrier and microelectronic components can be arranged in a space-saving manner at these locations. The hollow metal profiles 39 with an inner cross section, which corresponds to the cross section of microelectronic components to be inserted, remain in the wiring carrier. The microelectronic components are arranged in the cavity.

Ein Querschnitt der Durchverbindung 4 wird in Fig. 2 gezeigt. Die Steckerbuchsen 5 sind an den Stirnseiten mit der nicht dargestellten Verdrahtungsstruktur kontaktiert und ermöglichen die Montage steckbarer Bauelemente oder von Prüfstiften. Die waagerechte Stromzuführung 6 ist im Gegensatz zu den Logikanschlüssen 7 durchgehend.
Die Wärmeabführprofile 8 besitzen einen rechteckigen Querschnitt und dienen der Abführung der thermischen Verlustleistung darauf kontaktierender Bauelemente. Effektive Wärmeträgermedien sind Flüssigkeiten, beispielsweise Wasser. Fig. 2 zeigt einen Querschnitt der Durchverbindung 4. Die Stifte 10 sind durch die Eloxalschicht am Umfang isoliert und werden durch das Harz 13 in ihrer Lage fixiert. A cross section of the through connection 4 is shown in FIG. 2. The plug sockets 5 are contacted on the end faces with the wiring structure, not shown, and enable the assembly of plug-in components or test pins. In contrast to the logic connections 7, the horizontal power supply 6 is continuous.
The heat dissipation profiles 8 have a rectangular cross section and are used to dissipate the thermal power dissipation on components contacting them. Effective heat transfer media are liquids, for example water. Fig. 2 shows a cross section of the through compound 4. The pins 10 are insulated on the circumference by the anodized layer and are fixed in position by the resin 13 .

Auf den metallisch blanken Stirnseiten ist mittels Siebdruck die Isolierschicht 14 aufgebracht. Die aufgesputterte Aluminiumleitbahn 15 verbindet in der Kontaktfläche 16 mindestens einen Stift 10. Durch diesen Aufbau der Durchverbindung 4 können Ungenauigkeiten bei der Fertigung problemlos ausgeglichen werden.The insulating layer 14 is applied to the bare metal end faces by means of screen printing. The sputtered aluminum interconnect 15 connects at least one pin 10 in the contact surface 16 . This construction of the through connection 4 makes it possible to easily compensate for inaccuracies in production.

Der Kontakt ist hergestellt, wenn die beidseitig aufgebrachten Leitbahnen 15 wenigstens einen gemeinsamen Stift 10 sicher kontaktieren. Der an der Unterseite nicht verbundene Drahtstift 17 wirkt sich für die Gesamtverbindung nicht nachteilig aus. Elektrische Verbindungen zum nächst höheren Verdrahtungsniveau erfolgen über die Anschlußstifte 18, die mit Leitkleber 19 an das Metallschichtsystem 20 geklebt sind. Die Polymerisolierschicht 21, die Polymerleitschicht 22 und die Polymerwiderstandsschicht 23 werden aufgedruckt und bei Temperaturen um 100°C ausgehärtet.The contact is established when the interconnects 15 applied on both sides securely contact at least one common pin 10 . The wire pin 17, which is not connected on the underside, has no adverse effect on the overall connection. Electrical connections to the next higher wiring level are made via the connection pins 18 , which are glued to the metal layer system 20 with conductive adhesive 19 . The polymer insulating layer 21 , the polymer conducting layer 22 and the polymer resistance layer 23 are printed on and cured at temperatures around 100.degree.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch einen Verdrahtungsträger mit Luftkühlung. Der Schnitt verläuft durch die waagerechte Stromzuführung 6 aus Fig. 1. Der Kontaktstift 24 ist mit einem abriebfesten Eisen-Nickel-Blei-Zinn-Schichtsystem 25 belegt. Die Dünnschichtverdrahtungsstruktur 26 wird durch die Isolierschicht 14 von der Trägerplatte getrennt. Die nackten Halbleiterschaltkreise 27 sind drahtkontaktiert. Der Kühlkörper 28 dient dem Schutz der Baugruppe und der Wärmeabführung. Fig. 3 shows a section through a wiring carrier with air cooling. The section runs through the horizontal power supply 6 from FIG. 1. The contact pin 24 is coated with an abrasion-resistant iron-nickel-lead-tin layer system 25 . The thin-layer wiring structure 26 is separated from the carrier plate by the insulating layer 14 . The bare semiconductor circuits 27 are wired. The heat sink 28 serves to protect the assembly and heat dissipation.

Fig. 4 stellt einen mit Flüssigkühlung betriebenen Verdrahtungsträger dar. Der metallische Verdrahtungsträger nach Fig. 1 besteht aus glasseideverstärktem Epoxidharz mit eingelegten Wärmeleitstempeln 9, die bei Kontaktierung von Siliziumhalbleiterschaltkreisen vorzugsweise aus Aluminiumnitridkeramik bestehen und somit die Wärme der Schaltkreise 27 von ihrer Rückseite gut abführen. Besonders vorteilhaft ist, daß die Wärmeabführung ohne Kontakt zwischen Kühlflüssigkeit und Halbleiterschaltkreis erfolgt. Fig. 4 illustrates a powered with liquid cooling wiring substrate. The metallic wiring support according to Fig. 1 consists of glass fiber reinforced epoxy resin with inlaid Wärmeleitstempeln 9, which preferably consist in contacting of silicon semiconductor circuits of aluminum nitride and 27 dissipate thus the heat of the circuits from the back good. It is particularly advantageous that the heat is dissipated without contact between the cooling liquid and the semiconductor circuit.

Die in der Kappe 31 befestigten Rohre 32 dienen der Zu- und Ableitung der Kühlflüssigkeit. Durch räumliche Trennung der elektrischen Funktionselemente mit der Isolierschicht 21 und der Dünnschichtverdrahtung 26 von der Wärmeabführungsseite kann auf besondere Maßnahmen zum Schutz der Bauelemente verzichtet werden. Lediglich die Gehäusekappe 30 ist als Berührungsschutz notwendig.The tubes 32 fastened in the cap 31 serve for the supply and discharge of the cooling liquid. Due to the spatial separation of the electrical functional elements with the insulating layer 21 and the thin-layer wiring 26 from the heat dissipation side, special measures for protecting the components can be dispensed with. Only the housing cap 30 is necessary as protection against contact.

Der Rundformanschluß 18 oder der Flachformanschluß 29 gewährleistet das Anlöten der Baugruppe auf eine Leiterplatte. Eine Kompaktbaugruppe mit gestapelten Verdrahtungsträgern und integrierter Flüssigkeitskühlung ist in Fig. 5 dargestellt. Die Trägerplatte nach Fig. 1 wird in modifizierter Form eingesetzt. Die Masseelektrode 1 ist durch den Isolator 2 von der Durchführung 4 und den Wärmeabführprofilen 8 elektrisch getrennt. Die Verdrahtung der aufgesetzten Nacktchips 27 erfolgt mit einer flexiblen Mehrebenenverdrahtung auf einer Polyimidfolie 33. Diese Folien der einzelnen Trägerplatten sind über die senkrechten Verbinder 34 verknüpft. Die Anschlußstifte 35 sind in die Leiterplatte 36 eingelötet. Der Distanzrahmen 37 und die Gehäusekappe 30 bieten Schutz vor äußeren Einwirkungen.The round shape connection 18 or the flat shape connection 29 ensures that the assembly is soldered onto a printed circuit board. A compact assembly with stacked wiring carriers and integrated liquid cooling is shown in Fig. 5. The carrier plate according to Fig. 1 is used in modified form. The ground electrode 1 is electrically isolated from the bushing 4 and the heat dissipation profiles 8 by the insulator 2 . The attached bare chips 27 are wired using flexible multilevel wiring on a polyimide film 33 . These foils of the individual carrier plates are linked via the vertical connectors 34 . The connection pins 35 are soldered into the printed circuit board 36 . The spacer frame 37 and the housing cap 30 offer protection against external influences.

Wie aus Fig. 6 ersichtlich, sind in dem Verdrahtungsträger auf engstem Raum elektrische Durchkontaktierungen und passive elektrische und magnetische Funktionselemente integriert. Die nicht dargestellte Verdrahtung und die aufsetzbaren Bauelemente können sich auf beiden Seiten des Verdrahtungsträgers befinden. Die Masseelektrode 1 ist durch das Isolationsharz 2 von den anderen Elementen elektrisch getrennt. Zusammen mit der Potentialelektrode 40 bildet die Masseelektrode 1 die äußere Begrenzung der Verdrahtungsträgerplatte. Inmitten des Verdrahtungsträgers befinden sich die vertikal angeordneten passiven elektrischen und magnetischen Funktionselemente.As can be seen from FIG. 6, electrical plated-through holes and passive electrical and magnetic functional elements are integrated in the wiring support in a very small space. The wiring, not shown, and the attachable components can be located on both sides of the wiring carrier. The ground electrode 1 is electrically separated from the other elements by the insulating resin 2 . Together with the potential electrode 40 , the ground electrode 1 forms the outer boundary of the wiring board. The vertically arranged passive electrical and magnetic functional elements are located in the middle of the wiring carrier.

Der Ohmsche Widerstand 41 wird zur Erzeugung eines Spannungsabfalls genutzt. Der Magnetowiderstand 42 und der Thermistor 43 sind Sensoren zur Messung äußerer Magnetfelder bzw. Temperaturänderungen. Sie geben dem Verdrahtungsträger neue funktionelle Eigenschaften, die bisher nur mit zusätzlich montierten Bauelementen möglich waren. The ohmic resistor 41 is used to generate a voltage drop. The magnetoresistor 42 and the thermistor 43 are sensors for measuring external magnetic fields or temperature changes. They give the wiring board new functional properties that were previously only possible with additional components.

Der Veristor 44 dient der Spannungskonstanthaltung und der Kondensator 45 bewirkt eine Trennung von Gleich- und Wechselspannung.The transistor 44 serves to keep the voltage constant and the capacitor 45 effects a separation of direct and alternating voltage.

Die Spule 46 mit ihrem inneren Kern 47 bzw. zusätzlich mit ihrem äußeren Mantel 54 bildet eine Induktivität. Der Kern und der Mantel konzentrieren die magnetischen Feldlinien. Eine darüber befindliche Eisen-Nickel-Schicht, die nur durch die elektrischen Anschlüsse der Spule unterbrochen wird, verringert zusätzlich die magnetischen Streuverluste und ermöglicht so die Gestaltung einer größeren Induktivität mit hoher Güte bei minimalem Raumbedarf.The coil 46 with its inner core 47 or additionally with its outer jacket 54 forms an inductor. The core and the cladding concentrate the magnetic field lines. An overlying iron-nickel layer, which is only interrupted by the electrical connections of the coil, additionally reduces the magnetic leakage losses and thus enables the design of a larger inductor with high quality with minimal space requirements.

Die innere Spule 58 bildet mit der äußeren Spule 59 einen Übertrager zur Transformation von Wechselspannungen und Wechselstromwiderständen. Das Isolierharz 2 trennt beide Spulen elektrisch voneinander.The inner coil 58 forms with the outer coil 59 a transformer for transforming AC voltages and AC resistances. The insulating resin 2 electrically separates the two coils from one another.

Die vertikalen elektrischen Funktionselemente sind prinzipiell auf der Vorder- und der Rückseite des Verdrahtungsträgers mit der Verdrahtungsstruktur verbunden. Die horizontalen Funktionselemente Schichtkondensator 48, Varistor 50, Thermistor 51, Magnetowiderstand 52, Ohmscher Widerstand 53 und Fotowiderstand 61 sind Schichtstrukturen, wobei das Funktionselement stets zwischen zwei Metallelektroden liegt. Die Verbindung mit der Verdrahtungsstruktur braucht dann nur auf einer Seite der Trägerplatte zu erfolgen und die Metallelektroden können selbst als Durchverbindung genutzt werden.The vertical electrical functional elements are in principle connected to the wiring structure on the front and rear of the wiring carrier. The horizontal functional elements layer capacitor 48 , varistor 50 , thermistor 51 , magnetoresistor 52 , ohmic resistor 53 and photoresistor 61 are layer structures, the functional element always being between two metal electrodes. The connection to the wiring structure then only needs to be made on one side of the carrier plate and the metal electrodes themselves can be used as a through connection.

In Fig. 7 wird der Querschnitt eines erfindungsgemäßen Verdrahtungsträgers für die Montage von Nacktchips gezeigt. Die Masseelektrode 1 bildet zusammen mit der Potentialelektrode 40 den Rand des Verdrahtungsträgers. Das Epoxydharzglasseidenlaminat 2 verbindet alle Teile des Verdrahtungsträgers. Der Kleber 55 ermöglicht die dauerhafte quasihermatische Befestigung des Deckels 30, der dem Schutz des Speicherschaltkreises 27 dient. In Fig. 7 the cross section is shown of a wiring substrate according to the invention for the assembly of bare chip. The ground electrode 1 forms together with the potential electrode 40 the edge of the wiring board. The epoxy resin glass silk laminate 2 connects all parts of the wiring board. The adhesive 55 enables the permanent quasi-hermetic fastening of the cover 30 , which serves to protect the memory circuit 27 .

Der horizontale Kondensator mit seinem Dielektrikum 48 und seinen Elektroden 49 sowie der vertikale Varistor 44 sind zwei der möglichen passiven elektrischen Funktionselemente. Die Spule 46 mit ihrem Kern 47 befindet sich unmittelbar unter dem Hallgenerator 57 und ermöglicht so die Bestimmung der elektrischen Leistung, die auf dem gesamten Verdrahtungsträger umgesetzt wird. Damit ist ein wirkungsvoller Schutz von Kompaktbaugruppen vor Zerstörung infolge von Überlastung gegeben.The horizontal capacitor with its dielectric 48 and its electrodes 49 and the vertical varistor 44 are two of the possible passive electrical functional elements. The coil 46 with its core 47 is located directly under the Hall generator 57 and thus enables the determination of the electrical power which is implemented on the entire wiring carrier. This provides effective protection for compact assemblies against destruction due to overload.

Die Anschlußstifte 35 dienen der elektrischen Verbindung zum nächst höheren Verdrahtungsniveau.The connection pins 35 serve for the electrical connection to the next higher wiring level.

Der in Fig. 8 gezeigte Verdrahtungsträger besteht aus der Masseelektrode 1, die vorzugsweise aus der Aluminiumlegierung AlMg 3 ist, dem mit Glasfasern gefüllte, elektrisch und thermisch sehr gut isolierenden Harz 2 und der vorzugsweise aus Aluminium bestehenden Potentialelektrode 40. In durch schaltungstechnisch bedingter, definierter Anordnung sind in den Verdrahtungsträger Dioden und Peltierelementen integriert.
Die zwei vertikal angeordneten Dioden 62, 63 bilden eine Brückenschaltung und werden zur Gleichrichtung der Betriebsspannung benutzt. Die GaAs-Laserdiode mit ihrer Strahlenaustrittsfläche 65 wird von zwei massiven Elektroden 66 und 68, die sowohl der Stromzuführung als auch der Wärmeabführung dienen, begrenzt. Die sich zu beiden Seiten anschließenden Peltierbatterien bestehen aus hintereinander angeordneten p- und n-leitfähigen Wismuttellurid. Die warmen Flächen 67 und 69 der Peltierbatterien sind mit geringen thermischen und elektrischen Übergangswiderständen an den Elektroden 1 und 40 befestigt. Mit zwei vierstufigen Peltierbatterien wird innerhalb von 3 Minuten an den kalten Flächen 66 und 68, auf denen sich zu kühlende Bauelemente befinden können, eine Temperatur von -80°C erreicht. Die Gleichspannung von 6 V wird an die Elektroden 1 und 40 angelegt. Zur Verhinderung der Eisbildung und der Kondensation der Luftfeuchte auf den Bauelementen muß die Verdrahtungsträgerplatte durch ein hermetisches Gehäuse umgeben werden. Der freie Raum im Gehäuse ist evakuiert oder mit Wärmeisolationsmaterial gefüllt. The wiring carrier shown in FIG. 8 consists of the ground electrode 1 , which is preferably made of the aluminum alloy AlMg 3, the electrically and thermally very well insulating resin 2 filled with glass fibers, and the potential electrode 40, which is preferably made of aluminum. Diodes and Peltier elements are integrated in the wiring carrier in a defined arrangement due to circuitry.
The two vertically arranged diodes 62, 63 form a bridge circuit and are used to rectify the operating voltage. The GaAs laser diode with its beam exit surface 65 is delimited by two solid electrodes 66 and 68 , which serve both for supplying current and for dissipating heat. The Peltier batteries adjoining on both sides consist of p-type and n-type bismuth telluride arranged one behind the other. The warm surfaces 67 and 69 of the Peltier batteries are attached to the electrodes 1 and 40 with low thermal and electrical contact resistances. With two four-stage Peltier batteries, a temperature of -80 ° C is reached within 3 minutes on the cold surfaces 66 and 68 , on which components to be cooled can be located. The DC voltage of 6 V is applied to electrodes 1 and 40 . To prevent the formation of ice and the condensation of air humidity on the components, the wiring carrier plate must be surrounded by a hermetic housing. The free space in the housing is evacuated or filled with thermal insulation material.

Eine hochizontale Lumineszensdiode 70 dient der Funktionsanzeige. die Fotodioden 71 aus Silizium und der Fotowiderstand 60 aus dotiertem Germanium werden als Empfänger für moduliertes und nichtmoduliertes Licht benutzt.A high-level luminescent diode 70 is used to display the function. the photodiodes 71 made of silicon and the photo resistor 60 made of doped germanium are used as receivers for modulated and non-modulated light.

Die aktiven Gebiete der vertikalen Fotodiode 71 und der vertikalen Lumineszensdiode 73 werden mittels Ionenimplantation unmittelbar vor dem Aufbringen der Mehrebenen-Dünnschichtverdrahtungsstruktur erzeugt.The active areas of the vertical photodiode 71 and the vertical luminescent diode 73 are generated by means of ion implantation immediately before the application of the multilevel thin-film wiring structure.

In Fig. 9 wird der Verdrahtungsträger für eine extrem flache, nicht maßstäblich gezeichnete Kompaktbaugruppe genutzt. Die Masseelektrode 1 bildet den äußeren Rahmen, an dem über eine klebeschicht 55 die Gehäusekappen 30 befestigt sind. Die von der leistungsstarken Laserdiode 65 imittierte, im GHz-Bereich modulierte infrarote Strahlung 74 wird im Lichtleitkabel 75 weitergeleitet. Das Licht für die Fotodiode 72 wird in den Lichtleitkabeln 76 verlustarm herangeführt.In Fig. 9, the wiring board is used for an extremely flat, not-to-scale, compact assembly. The ground electrode 1 forms the outer frame, to which the housing caps 30 are fastened by means of an adhesive layer 55 . The infrared radiation 74 emitted by the powerful laser diode 65 and modulated in the GHz range is passed on in the light guide cable 75 . The light for the photodiode 72 is introduced in the light guide cables 76 with little loss.

Eine Sonderausführung ist der in die Trägerplatte integrierte GaAs-Würfel 78, der auf seiner Oberseite die implantierte Empfangsdiode 79 und auf seiner Unterseite die implantierte Sendediode 80 enthält. Über die Lichtleitkabel 77 und 81 wird das Licht heran- bzw. abgeführt. Die Justageelemente 64 gewährleisten eine optimale Positionierung des Lichtleitkabels zur Diode. Diese Anordnung gestattet den Bau von Zwischenverstärkern mit einer Gesamthöhe einschließlich der zwei Gehäusekappen von weniger als 6 mm.A special design is the GaAs cube 78 integrated in the carrier plate, which contains the implanted receiving diode 79 on its upper side and the implanted transmitting diode 80 on its underside. The light is brought in and out via the light guide cables 77 and 81 . The adjustment elements 64 ensure optimal positioning of the light guide cable in relation to the diode. This arrangement allows the construction of repeaters with a total height including the two housing caps of less than 6 mm.

Der Ansteuerschaltkreis 27 ist über Bonddrähte 11 mit der Mehrebenen- Dünnschichtstruktur 26 verbunden. Das Feld 4 wird als Zentrum für Durchkontaktierungen genutzt.The control circuit 27 is connected to the multilevel thin-film structure 26 via bond wires 11 . Field 4 is used as a center for vias.

Die Betriebsspannung und die Logikpegel werden über Anschlußstifte zugeführt. Die Isolationsschicht 14 und die Kleberschicht 55 verhindert den Kurzschluß der Anschlußstifte 35 durch die Masseelektrode 1 bzw. die Gehäusekappe 30.The operating voltage and the logic level are supplied via pins. The insulation layer 14 and the adhesive layer 55 prevent the shorting of the connection pins 35 through the ground electrode 1 or the housing cap 30 .

  • Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen  1 Masseelektrode
     2 Isolator
     3 massive elektrische Durchführung
     4 Durchverbindung
     5 Steckerbuchse
     6 waagerechte Stromzuführung
     7 Steckerstifte
     8 Wärmeabführprofile
     9 Wärmeleitstempel
    10 Stift aus elektrisch leitendem Material
    11 Bonddraht
    12 Eloxalschicht
    13 Harz
    14 Isolierschicht
    15 Aluminiumleitbahn
    16 Aluminiumkontaktfläche
    17 nicht kontaktierter Drahtstift
    18 Anschlußstift
    19 Leitkleber
    20 Metallschichtsystem
    21 Polymerisolierschicht
    22 Polymerleitschicht
    23 Polymerwiderstandsbahn
    24 Kontaktstift
    25 Eisen-Nickel-Blei-Zinn-Schichtsystem
    26 Dünnschichtverdrahtungsstruktur
    27 Nacktchip
    28 Kühlkörper für Luftkühlung
    29 Flachformanschluß
    30 Gehäusekappe
    31 Kappe für Kühlung mit Flüssigkeiten
    32 Rohr
    33 flexible Mehrebenenverdrahtung
    34 senkrechter Verbinder
    35 Stift
    36 Leiterplatte
    37 Distanzrahmen
    38 massives Metallprofil
    39 hohles Metallprofil
    40 Potentialelektrode
    41 vertikaler ohmscher Widerstand
    42 vertikaler Magnetowiderstand
    43 vertikaler Thermistor
    44 vertikaler Varistor
    45 vertikaler Kondensator
    46 Spule
    47 Spulenkern
    48 horizontaler Kondensator
    49 Elektrode
    50 horizontaler Varistor
    51 horizontaler Thermistor
    52 horizontaler Magnetowiderstand
    53 horizontaler ohmscher Widerstand
    54 Spulenmantel
    55 Kleber
    56 Schutzlack
    57 Hallgenerator oder photoelektromagnetischer Detektor
    58 innere Spule
    59 äußere Spule
    60 vertikaler Fotowiderstand
    61 horizontaler Fotowiderstand
    62 Anode einer vertikalen Diode
    63 Kathode einer vertikalen Diode
    64 Justageelement
    65 aktives Gebiet einer Laserdiode
    66 kalte Fläche der ersten Peltierbatterie
    67 warme Fläche der ersten Peltierbatterie
    68 kalte Fläche der zweiten Peltierbatterie
    69 warme Fläche der zweiten Peltierbatterie
    70 Emissionsgebiet einer horizontalen Laserdiode
    71 Empfängerfläche einer horizontalen Fotodiode
    72 vertikale Fotodiode
    73 vertikale Lummineszenzdiode
    74 emittierte Laserstrahlung
    75 Lichtleitkabel für Laserstrahlung
    76 Lichtleitkabel für Lummineszenzstrahlung
    77 Lichtleitkabel für Fotodiode
    78 GaAs-Halbleiterwürfel
    79 implantierte Empfängerfläche des GaAs-Halbleiterwürfels
    80 implantierte Emittierfläche des GaAs-Halbleiterwürfels
    81 Lichtleitkabel    List of the reference numerals used 1 ground electrode
    2 isolator
    3 massive electrical feedthrough
    4 through connection
    5 plug socket
    6 horizontal power supply
    7 connector pins
    8 heat dissipation profiles
    9 thermal stamp
    10 pen made of electrically conductive material
    11 bond wire
    12 anodized layer
    13 resin
    14 insulating layer
    15 aluminum interconnect
    16 aluminum contact surface
    17 wire pin not contacted
    18 connector pin
    19 conductive adhesive
    20 metal layer system
    21 polymer insulating layer
    22 conductive polymer layer
    23 polymer resistance track
    24 contact pin
    25 iron-nickel-lead-tin coating system
    26 Thin film wiring structure
    27 naked chip
    28 Heatsinks for air cooling
    29 Flat shape connection
    30 housing cap
    31 Cap for cooling with liquids
    32 tube
    33 flexible multi-level wiring
    34 vertical connectors
    35 pen
    36 printed circuit board
    37 spacer frames
    38 solid metal profile
    39 hollow metal profile
    40 potential electrode
    41 vertical ohmic resistance
    42 vertical magnetoresistance
    43 vertical thermistor
    44 vertical varistor
    45 vertical condenser
    46 spool
    47 coil core
    48 horizontal capacitor
    49 electrode
    50 horizontal varistor
    51 horizontal thermistor
    52 horizontal magnetoresistance
    53 horizontal ohmic resistance
    54 bobbin case
    55 glue
    56 protective lacquer
    57 Hall generator or photoelectromagnetic detector
    58 inner coil
    59 outer coil
    60 vertical photo resistor
    61 horizontal photo resistor
    62 Anode of a vertical diode
    63 cathode of a vertical diode
    64 adjustment element
    65 active area of a laser diode
    66 cold surface of the first Peltier battery
    67 warm surface of the first Peltier battery
    68 cold surface of the second Peltier battery
    69 warm surface of the second Peltier battery
    70 Emission area of a horizontal laser diode
    71 Receiver surface of a horizontal photodiode
    72 vertical photodiode
    73 vertical luminescent diode
    74 emitted laser radiation
    75 fiber optic cables for laser radiation
    76 fiber optic cables for luminescent radiation
    77 fiber optic cables for photodiode
    78 GaAs semiconductor cubes
    79 implanted receiver surface of the GaAs semiconductor cube
    80 implanted emitting surface of the GaAs semiconductor cube
    81 fiber optic cables

Claims (17)

1. Verdrahtungsträger für verkappte und unverkappte elektronische Bauelemente, bestehend aus einer Trägerplatte mit einer beidseitig aufgebrachten Verdrahtungsstruktur gekennzeichnet dadurch, daß die ebene Trägerplatte durch scheibenweise Zertrennen eines mit metallischen und nichtmetallischen Profilen beliebigen Querschnittes, bestehend aus einer Legierung, einem Metalloxid, einem Halbleiter, einem Glas, einem Dielektrikum, einem Ferroelektrikum oder einer Kombination dieser Stoffe, längs und/oder quer durchsetzten Stranges entstanden ist, daß die ebene Trägerplatte an definierten Stellen senkrecht angeordnete Druchverbindungen (4), massive elektrische Durchführungen (3), waagerechte Stromzuführungen (6), Wärmeleitstempel (9), Steckerbuchsen (5) und Wärmeabführprofile enthält, daß die senkrecht angeordneten Durchverbindungen (4) aus dichtgepackten, elektrisch voneinander isolierten Stiften (10) aus elektrisch leitendem Material bestehen, wobei der runde oder eckige Querschnitt der Stifte (10) kleiner, höchstens gleich der Stirnfläche der Durchverbindung (4) ist, daß ein oder mehrere massive Metallprofile (38) einen äußeren und ein oder mehrere hohle Metallprofile (39) einen inneren Querschnitt besitzten, der dem Querschnitt von an diesen Stellen einzufügenden mikroelektronischen Bauelementen entspricht, daß die massiven Metallprofile (38) eine glatte Oberfläche aufweisen, daß die ebene Trägerplatte zusätzlich zu vertikalen elektrischen Druchkontaktierungen wenigstens eine halbleitende Struktur zur Energiewandlung und/oder eine halbleitende Struktur mit Signalerzeugender, signalverarbeitender oder speichernder Funktion enthält und daß die Trägerplatte wenigstens ein passives elektrisches Funktionselement (38, 41 . . . 53, 61) enthält.1. Wiring carrier for masked and uncapped electronic components, consisting of a carrier plate with a wiring structure applied on both sides, characterized in that the planar carrier plate by disc-wise cutting of a cross section with metallic and non-metallic profiles, consisting of an alloy, a metal oxide, a semiconductor, a Glass, a dielectric, a ferroelectric or a combination of these substances, along and / or across the strand, that the flat support plate has vertical connections ( 4 ), solid electrical feedthroughs ( 3 ), horizontal power supply lines ( 6 ) at defined points, Heat-conducting stamp ( 9 ), sockets ( 5 ) and heat dissipation profiles contain that the vertically arranged through connections ( 4 ) consist of tightly packed, electrically insulated pins ( 10 ) made of electrically conductive material, the round or angular cross cut of the pins ( 10 ) smaller, at most equal to the end face of the through connection ( 4 ), that one or more solid metal profiles ( 38 ) have an outer and one or more hollow metal profiles ( 39 ) have an inner cross section which corresponds to the cross section of these Places to be inserted microelectronic components corresponds to the fact that the solid metal profiles ( 38 ) have a smooth surface, that in addition to vertical electrical through-contacts, the flat carrier plate contains at least one semiconducting structure for energy conversion and / or a semiconducting structure with signal-generating, signal-processing or storing function and that the Carrier plate at least one passive electrical functional element ( 38, 41. . . 53, 61 ) contains. 2. Verdrahtungsträger nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Metallprofile, das Isolierharz, die aufgesetzte Kappe (31) für die Kühlung und die Gehäusekappe (30) annähernd den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α besitzen und α einen Wert von 24 · 10-6 K-1 nicht überschreitet. 2. Wiring carrier according to claim 1, characterized in that the metal profiles, the insulating resin, the attached cap ( 31 ) for cooling and the housing cap ( 30 ) have approximately the same thermal expansion coefficient α and α have a value of 24 · 10 -6 K Does not exceed -1 . 3. Verdrahtungsträger nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß beim Einsatz von Quarzfaser-Polyimid-Isolierharz die Metallprofile aus einer Legierung von 23% Ni, 42% Fe, 35% Cu und beim Einsatz von Epoxid-Glashartgewebe die Metallprofile aus einer Legierung von 7% Ni, 13% Fe und 80% Cu bestehen.3. Wiring carrier according to claim 1 and 2, characterized in that that when using quartz fiber polyimide insulating resin the metal profiles made of an alloy of 23% Ni, 42% Fe, 35% Cu and the metal profiles when using epoxy glass hard fabric made of an alloy of 7% Ni, 13% Fe and 80% Cu exist. 4. Verdrahtungsträger nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Metallprofile, die Gehäusekappe (30), die Kappe (31) für die Kühlung, die Verdrahtungsstruktur (26), die Banddrähte (11) und die Anschlußstifte (18) aus Aluminium und/oder Aluminiumlegierungen bestehen.4. Wiring carrier according to claim 1 and 2, characterized in that the metal profiles, the housing cap ( 30 ), the cap ( 31 ) for cooling, the wiring structure ( 26 ), the ribbon wires ( 11 ) and the connecting pins ( 18 ) made of aluminum and / or aluminum alloys exist. 5. Verdrahtungsträger nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Leiterzüge, die Widerstandsbahnen und die Isolationsflächen aus siebgedruckten Polymerpasten bestehen.5. Wiring carrier according to claim 1, characterized in that that the conductor tracks, the resistance tracks and the insulation surfaces consist of screen-printed polymer pastes. 6. Verdrahtungsträger nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die waagerechten Steckerstifte (7) und die waagerechten Wärmeabführprofile (8) die gleiche Dicke wie die Trägerplatte besitzen.6. Wiring carrier according to claim 1, characterized in that the horizontal connector pins ( 7 ) and the horizontal heat dissipation profiles ( 8 ) have the same thickness as the carrier plate. 7. Verdrahtungsträger nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß auf senkrecht angeordnete Wärmeleitstempel (9) elektronische Bauelemente mit großer Verlustleistung montiert sind und daß die senkrecht angeordneten Wärmeleitstempel (9) einen an die Bauelemente angepaßten thermischen Ausdehnungskoeffizienten α besitzen.7. Wiring carrier according to claim 1, characterized in that on vertically arranged heat-conducting stamp ( 9 ) electronic components are mounted with a high power loss and that the vertically arranged heat-conducting stamp ( 9 ) have a thermal expansion coefficient α adapted to the components. 8. Verdrahtungsträger nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadruch, daß Nacktchips (27) mit hoher Verlustleistung auf die waagerechten Wärmeabführprofile (8) angebondet sind.8. Wiring carrier according to claim 6, characterized in that bare chips ( 27 ) are bonded to the horizontal heat dissipation profiles ( 8 ) with a high power loss. 9. Verdrahtungsträger nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß mehrere gestapelte, durch einen Distanzrahmen (37) getrennte, mit Nacktchips bestückte Verdrahtungsträger eine demontierbare Kompaktbaugruppe bilden. 9. Wiring support according to claim 1, characterized in that a plurality of stacked wiring supports separated by a spacer frame ( 37 ) and equipped with bare chips form a removable compact assembly. 10. Verdrahtungsträger nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das passive elektrische Funktionselement ein vertikal oder horizontal angeordneter Kondensator, Varistor (44, 50) oder ohmscher Widerstand (41, 53) ist.10. Wiring carrier according to claim 1, characterized in that the passive electrical functional element is a vertically or horizontally arranged capacitor, varistor ( 44, 50 ) or ohmic resistor ( 41, 53 ). 11. Verdrahtungsträger nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das passive elektrische Funktionselement ein temperatur- oder magnetfeldempfindlicher Sensor (41, 43, 51, 52) ist.11. Wiring carrier according to claim 1, characterized in that the passive electrical functional element is a temperature or magnetic field sensitive sensor ( 41, 43, 51, 52 ). 12. Verdrahtungsträger nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das passive elektrische Funktionselement eine Spule (46) ist.12. Wiring carrier according to claim 1, characterized in that the passive electrical functional element is a coil ( 46 ). 13. Verdrahtungsträger nach Anspruch 12, gekennzeichnet dadurch, daß in definierter Weise angeordnete, magnetisch verkoppelte Spulen (58, 59) einen Transformator bilden.13. Wiring carrier according to claim 12, characterized in that magnetically coupled coils ( 58, 59 ) arranged in a defined manner form a transformer. 14. Verdrahtungsträger nach Anspruch 12, gekennzeichnet dadurch, daß über der Spule (46) ein Hallgenerator oder ein photo- elektromagnetischer Detektor angeordnet ist.14. Wiring carrier according to claim 12, characterized in that a Hall generator or a photo-electromagnetic detector is arranged above the coil ( 46 ). 15. Verdrahtungsträger nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die halbleitende Struktur eine Diode ist, deren pn- Übergang vertikal oder horizontal zur Verdrahtungsfläche der Trägerplatte liegt und sich auf der Ober- oder/und Unterseite des Verdrahtungsträgers befindet.15. Wiring carrier according to claim 1, characterized in that that the semiconducting structure is a diode whose pn- Transition vertically or horizontally to the wiring area the support plate lies and is on the top or / and Underside of the wiring carrier is located. 16. Verdrahtungsträger nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Dioden Lumineszenz-, Laser-, Foto- oder Gleichrichterdioden sind. 16. Wiring carrier according to claim 1, characterized in that that the diodes are luminescent, laser, photo or rectifier diodes are.   17. Verdrahtungsträger nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die halbleitenden Strukturen p- und n-leitende Peltierelemente sind, die als Peltierbatterien zusammengeschaltet sind, daß die Peltierelemente von einem mit Glasfaser gefüllten, ausgehärteten thermisch und elektrisch isolierenden Harz seitlich begrenzt werden und daß die warmen Flächen der Peltierbatterien mit den Randelektroden des Verdrahtungsträger thermisch und elektrisch gut leitend verbunden sind.17. Wiring carrier according to claim 1, characterized in that that the semiconducting structures p- and n-type Peltier elements are interconnected as Peltier batteries are that the Peltier elements are filled with a glass fiber cured thermally and electrically insulating Resin to be limited laterally and that the warm surfaces of the Peltier batteries with the edge electrodes of the wiring carrier are thermally and electrically well connected.
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