DE4008658C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Mikrowellen-Schaltung laut Oberbegriff des Hauptanspruches.

Es ist bekannt, Mikrowellen-Schaltungen als sogenannte Softboard-Mikrostrip-Schaltungen auf der Oberfläche einer mit einem dünnen Dielektrikum beschichteten massiven Metallplatte in Ätztechnik auszubilden (Mikrowave Journal November 1983, S. 105-115). In dieser Softboard-Technik können durch Plazieren von Mikrowellen-Bauelementen auf der Masse-Metallplatte oder auf den meist vergoldeten Mikrostreifenleitungen auf der Oberseite des Dielektrikums beliebige Mikrowellen-Schaltungen aufgebaut werden, die elektrische Verbindung der eingesetzten Bauelemente erfolgt entweder durch Kleben mit einem geeigneten elek­ trisch leitenden Kleber, durch Drahtbonden oder durch gezieltes sorgfältiges Handlöten. Bei solchen in Soft­ board-Technik hergestellten Mikrowellen-Schaltungen muß jegliche mechanische Belastung der Mikrowellen-Bauelemente und Verunreinigung der Bondstellen und Bonddrähte ver­ mieden werden.

Im Vergleich dazu ist die Herstellung von Hochfrequenz­ schaltungen in gedruckter Schaltungstechnik auf der Ober­ seite von Schaltungsplatinen und das Befestigen von Bau­ elementen auf solchen Platinen durch ein rationelles großflächiges Lötverfahren, beispielsweise durch Schwall-Löten oder Reflow-Löten wesentlich einfacher und billiger. Diese Löttechnik ist jedoch nicht anwendbar, wenn zu bondende oder zu klebende Mikrowellen-Bauelemente verwendet werden. Wenn solche Mikrowellen-Bauelemente mit in gedruckter Schaltungstechnik hergestellten Hoch­ frequenzschaltungen kombiniert werden müssen, so war der Schaltkreis, der diese Mikrowellen-Bauelemente ent­ hält, bisher in einem Metallgehäuse separat untergebracht und meist durch koaxiale Durchführungen mit der übrigen Schaltung elektrisch verbunden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit für die einfache, billige und rationelle Herstellung von beliebigen Mikrowellenschaltungen aufzuzeigen, ohne den Mikrowellen-Schaltungsteil in einem separaten Metall­ gehäuse aufzubauen.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Mikrowellen-Schal­ tung laut Oberbegriff des Hauptanspruches und dessen kennzeichnende Merkmale gelöst, vorteilhafte Weiterbil­ dungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im Zusammenhang mit einer bekannten Mikrowellen-Schaltung laut Oberbegriff des Hauptanspruches ist es an sich bekannt (US-PS 37 86 375), daß der zweite Schaltungsteil aus einer durchgehenden Metallplatte besteht, auf welcher dielektrische Blöcke aufgesetzt sind und bei welcher zwischen diesen dielektrischen Blöcken auf der durch­ gehenden Metallplatte der in Mikrostreifenleitungs-Technik ausgeführte erste Schaltungsteil angeordnet ist. Bei dieser bekannten Anordnung ist kein übliches großflächiges Lötverfahren anwendbar, mit dieser bekannten Anordnung könnte also die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe nicht gelöst werden. Gleiches gilt für eine andere bekannte Hybrid-Mikrowellenschaltung (DE-OS 21 04 953), bei der ein Metallklotz in einer Ausnehmung eines Keramiksubstrats befestigt ist, wobei auf der Oberseite des Metallklotzes Bauelemente befestigt sind, die über freitragende Leitungsbügel mit dem Rest der Schaltung verbunden sind, bei der also keine Softboard-Bauweise Anwendung findet. Auch bei dieser bekannten Anordnung unter Verwendung eines Substrats aus Keramik, Glas oder Quarz könnte kein Großflächen-Lötverfahren angewendet werden.

Für die gemischte Bestückung von Leiterplatten mit PLCC-Bauelementen ist es ferner an sich bekannt, in der Leiterplatte eine Aussparung für solche Bauelemente vorzusehen, die an ihren Seiten zur Führung und Kontak­ tierung der eingesetzten Bauelemente mit Einbuchtungen versehen ist, so daß durch ein Großflächen-Lötverfahren diese gemischte Bauelement-Bestückung mit den Leiterbahnen der Leiterplatte verbindbar sind. Auch letztere Anordnung löst nicht die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe.

Erst durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen laut kenn­ zeichnendem Teil des Hauptanspruches ist es möglich, Mikrowellenschaltungen auf sehr einfache, billige und rationelle Weise herzustellen, bei denen die beiden Schaltungsteile jeweils getrennt in optimaler Herstel­ lungstechnik hergestellt werden. Für den ersten Schal­ tungsteil kann die vorteilhafte Softboard-Bauweise angewendet werden während für den zweiten Schaltungsteil eine übliche gedruckte Schaltungstechnik benutzt wird, bei welcher eine automatische Bestückung mit Bauelementen und ein einfaches billiges Großflächen-Lötverfahren angewendet wird. Damit werden die bisher üblichen geson­ derten Metallgehäuse für die Teilschaltungen überflüssig. Die Mikrowellen-Bauelemente des Softboard-Schaltungsteils können in bekannter Weise in ausgefrästen Teilen des Dielektrikums direkt auf Masse (Metallgrundplatte) plaziert werden und dort beispielsweise mit einem Leit­ kleber befestigt werden, es ergeben sich dadurch sehr kurze Masseverbindungen und gute Wärmeabfuhr, die erfin­ dungsgemäße Maßnahme ist daher besonders geeignet für integrierte Mikrowellen-Bauelemente (MMIC-Chips). Die Softboard-Technik ermöglicht die separate Realisierung von besonders präzisen Leitungsstrukturen, beispielsweise von Mikrostreifenleitungsfiltern und dergleichen, während für die übrige Schaltung, die nicht so präzise Leitungs­ strukturen erfordert, die übliche gedruckte Schaltungs­ technik mit Schwall-Löttechnik benutzt wird. Die erfin­ dungsgemäße Maßnahme ermöglicht auch die getrennte Prüfung der in präziserer Technik hergestellten Mikrowel­ len-Schaltung, sie ermöglicht auch das einfache Aus­ wechseln dieser Baugruppe.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die Figur zeigt an Hand einer Explosionszeichnung den Aufbau einer Mikrowellen-Schaltung, die aus einer nur bruch­ stückhaft dargestellten üblichen Schaltungsplatine 1 besteht, auf deren Oberseite und gegegebenenfalls auch Rückseite in gedruckter Schaltungstechnik Leiterbahnen 2 ausgebildet sind, die mit Bauelementen, beispielsweise in Gehäuse geschützten Mikrowellen-Bauelementen 3, in bekannter Schwall-Löttechnik verbunden sind. In dieser Platine 1 ist eine Ausnehmung 4 vorgesehen, in welche eine in bekannter Softboard-Bauweise hergestellte Mikro­ wellen-Schaltung 5 einsetzbar ist, auf welcher Bauelemente 6 angebracht sind, deren Anschlüsse durch einen leitenden Kleber oder durch Bonden mit den Leiterbahnen 7 verbunden werden müssen. Diese Mikrowellen-Schaltung 5 besteht aus einer relativ dicken Metallplatte 8 aus Kupfer oder Aluminium, auf welcher eine dünne dielektrische Schicht 9, beispielsweise aus Teflon aufkaschiert ist, auf welcher eine dünne Kupferschicht aufgebracht ist, aus welcher in bekannter Mikrostrip-Ätztechnik die gewünschten Leiterbahnen 7 hergestellt sind. Die Leiterbahnen 7 aus Kupfer sind mit einer dünnen Goldschicht versehen. Die Bauelemente 6 sind beispielsweise in Ausnehmungen 10 eingesetzt, die aus der Teflonschicht 9 bis zur Grund­ platte 8 ausgefräst sind. Die Teflonschicht 9 ist in der gleichen Größe wie die Ausnehmung der Platine 1 bis zur Metallgrundplatte 8 ausgefräst, so daß ein umlaufender rahmenartiger Metallrand 11 entsteht, der größer ist als die Ausnehmung 4.

Diese in Softboard-Bauweise hergestellte Mikrowellen- Schaltung 5, deren Bauelemente durch Kleben, Bonden oder sorgfältiges, eine Verunreinigung der Bondstellen und Bonddrähte vermeidendes Handlöten mit den zugehörigen Leiterbahnen 7 verbunden sind, wird von der Rückseite aus so auf die Platine 1 aufgesetzt, daß die Teflonschicht 9 die Ausnehmung 4 ausfüllt und die Oberfläche dieser Teflonschicht 9 mit den dort aufgebrachten Leiterbahnen 7 in etwa mit der Oberseite der Platine fluchtet. Der flanschartige Masserand 11 liegt dabei flach auf der Rückseite der Platine 1 auf, die zumindest in diesem Bereich mit einer zusätzlichen nicht dargestellten Masse­ fläche 12 kaschiert ist. Um den elektrischen Kontakt zwischen dem Masserand 11 der Schaltung 5 und der Masse 12 der Platine 1 zu verbessern ist vorzugsweise noch ein Federblechrahmen 13 oder ein geeigneter Leitgummi­ streifen zwischengelegt.

Im Masserand 11 sind Gewindebohrungen 18 ausgebildet, die Befestigung der Schaltung 5 an der Unterseite der Platine 1 erfolgt beispielsweise über Schrauben 14, die durch entsprechende Löcher in der Platine 1 in die Ge­ windebohrungen 18 eingeschraubt sind.

Die Herstellung der Schaltung 5 mit den hierfür nötigen Klebe- und Bond-Arbeiten erfolgt vor dem Einsetzen in die Ausnehmung 4 der Platine 1, ebenso erfolgt die Her­ stellung der Platine 1 mit den nötigen Lötarbeiten bei­ spielsweise nach dem Schwall-Lötverfahren vor dem Zusam­ menbau mit der Schaltung 5, so daß keine Gefahr der Ver­ unreinigung der Bondstellen und Bonddrähte durch den Lötvorgang zu befürchten ist. Erst nach der vollständigen getrennten Herstellung der beiden Schaltungsteile erfolgt das Einsetzen der Schaltung 5 in die Ausnehmung 4. An­ schließend muß nur noch die elektrische Verbindung zwi­ schen den Leiterbahnen 2 und 7 hergestellt werden, dies erfolgt durch Drahtbrücken oder Metallbändchen, die an den Leiterbahnen 2 angelötet sind und an den Leiterbahnen 7 entweder angeschweißt oder ebenfalls angelötet sind. Um beim Handlöten eine Verunreinigung der Bondstellen und Bonddrähte durch Lötflußmittel zu verhindern, werden diese vorzugsweise mit einer Lackschicht geschützt.

Die Mikrowellen-Schaltung 5 kann, falls erforderlich, durch einen aufgesetzten und vorzugsweise gleichzeitig durch die Schrauben 14 befestigten Metalldeckel elek­ trisch abgeschirmt werden, dieser kann beispielsweise auch zweiteilig aus einem Rahmen 15 und einem aufgesetzten Deckel 16 bestehen. Am unteren Rand des Deckels bzw. des Rahmens 15 sind entsprechende Aussparungen 17 für die Leiterbahnen 2 der Platine 1 vorgesehen.

Falls die Schaltungsplatine 1 selbst nicht stabil genug für die mechanische Befestigung der Mikrowellen-Schaltung 5 ist, so können zusätzliche Träger mit angeschraubt werden, die unmittelbar am Geräterahmen befestigt sind.

Claims (5)

1. Mikrowellen-Schaltung, bei der ein erster Teil der Schaltung in Mikrostreifenleitungs-Technik auf der Oberseite einer mit einem Dielektrikum (9) beschich­ teten Metallplatte (8) hergestellt und ihre Bauele­ mente (6) durch Kleben, Bonden oder gezieltes Löten mit den zugehörigen Leiterbahnen (7) verbunden sind (Softboard-Bauweise) und bei der ein anderer Teil der Schaltung in Mikrostreifenleitungs-Technik auf einer Seite einer Platine (1) hergestellt ist, die eine Ausnehmung (4) aufweist, in welcher der Dielek­ trikumsteil (9) des ersten Schaltungsteiles (5) eingesetzt ist, wobei die Leiterbahnen (2, 7) der beiden Schaltungsteile durch Leiterbrücken verbunden sind, die dort angelötet oder angeschweißt sind, dadurch gekennzeichnet, daß

• i) der andere Teil der Schaltung auf einer oder auf beiden Seiten einer Platine (1) hergestellt ist, deren Bauelemente (3) durch ein Großflä­ chen-Lötverfahren mit den zugehörigen Leiterbahnen (2) verbunden sind,
• ii) auf einer Seite dieser Platine (1) ein deren Ausnehmung (4) umgebender Masserahmen (12) ausgebildet ist, der zusammen mit den Leiterbahnen (2) in gedruckter Schaltungstechnik hergestellt ist, und
• iii) die Metallplatte (8) des ersten Schaltungsteiles (5) am Rand der Dielektrikumsfläche (9) zu einem flanschartigen Masserand (11) freigelegt ist und von der einen Seite durch Schrauben so auf der Platine (1) befestigt ist, daß ihr Masserand (11) auf dem Masserahmen (12) der Platine (1) aufliegt.

2. Mikrowellen-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schal­ tungsteil (5) durch ein auf der Oberseite der Platine aufgesetztes Metallgehäuse (15, 16) abgeschirmt ist.

3. Mikrowellen-Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallgehäuse aus einem die Ausnehmung (4) der Platine umgebenden Rahmenteil (15) und einem dort aufgesetzten Deckel (16) besteht.

4. Mikrowellen-Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Masserand (11) der Metallplatte (8) des ersten Schaltungsteiles (5) und der Massefläche (12) der Platine (1) ein den elektrischen Kontakt verbesserndes Teil (13) angeordnet ist.

5. Mikrowellen-Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen (2, 7) der beiden Schaltungsteile durch Leiterbrücken verbunden sind, die dort angelötet oder angeschweißt sind.