DE4232547C1 - Befestigungsvorrichtung für das Substrat von HF-Dünnschichtschaltungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Befestigen des Substrates einer HF-Dünnschichtschaltung auf dem Boden eines Abschirmgehäuses.

Für die Befestiyung von sehr dünnen Substraten, bei­ spielsweise mit einer Dicke von nur 250 µm bei Hoch­ frequenz-Dünnschichtschaltungen für sehr hohe Frequenzen von beispielsweise 40 GHz reichen die bekannten lösbaren Befestigungsvorrichtungen, die nur über Schrauben auf den Rand des Substrates drücken, zur Herstellung eines einwandfreien elektrischen Kontaktes der Substratrückseite mit dem Gehäuseboden nicht mehr aus. Bei im GHz-Bereich betriebenen Dünnschichtschaltungen wurde daher bisher das Substrat mit seiner Rückseite am Gehäuseboden ange­ lötet oder über einen leitenden Kleber aufgeklebt. Diese bekannte Löt- bzw. Klebebefestigungstechnik hat verschie­ dene Nachteile. Durch das Löten oder Kleben besteht die Gefahr, daß die Substrat-Oberseite verunreinigt wird. Die Löt- bzw. Kleberschicht ist in ihrer Dicke nicht exakt reproduzierbar, so daß hier zusätzliche Toleranzen in Kauf genommen werden müssen. Das einmal eingelötete bzw. eingeklebte Substrat kann nicht einfach wieder zu Prüfzwecken herausgenommen werden, es müssen zusätzliche Prüfbuchsen vorgesehen sein. Das Substrat kann auch nicht einfach ausgetauscht werden. Durch thermische Spannungen zwischen Substrat und Gehäuse kann es im Extremfall zum Substratbruch kommen.

Zum Befestigen einer auf der Oberseite ein Halbleiter­ bauelement tragenden Trägerplatte mit gutem Wärmekontakt auf der Oberfläche eines Kühlkörpers ist es bekannt, über dieser Trägerplatte ein Brückenelement aus wärme- und formstabilem in sich elastischem Material anzu­ schrauben, das auf der der Trägerplatte zugewandten Seite eine der Trägerplattenoberseite entsprechende Profilierung aufweist (DE 91 13 498 U1). Durch diese Profilierung werden Erhebungen aus elastisch nachgiebigem Material gebildet, die auf der Oberfläche der Trägerplatte aufliegen und diese damit mit gutem Wärmekontakt auf die Oberseite der Kühlplatte andrücken. Diese bekannte Befestigungs­ vorrichtung, bei der das gesamte Brückelement aus elastisch nachgiebigem Material besteht, ist für die Befestigung von Dünnschichtschaltungen für sehr hohe Frequenzen nicht geeignet, sie wäre hierfür nicht stabil genug.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Befestigungsvorrichtung für HF-Dünnschichtschaltungen der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die einen guten, äuch für Hochfrequenz im GHz-Bereich geeigneten Massekontakt zwischen Substrat und Gehäuse gewährleistet und trotzdem einfach herstellbar und bei Bedarf wieder lösbar ist.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kennzeich­ nende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der gute Massekontakt zwischen Substratrückseite und Boden des Gehäuses durch über die Oberseite des Substrates verteilte elastisch nachgiebige Druckstücke hergestellt, die Druck­ stücke können je nach Art des Verlaufes der Leiterbahnen auf der Oberseite des Substrats bzw. bei Hybridschaltungen je nach Lage der auf der Substratoberseite angebrachten Bauelemente in beliebiger Verteilung über der Substrat­ oberfläche an ihrem Stützbauteil angebracht sein und so an mehreren Stellen auf möglichst leiterfreien Be­ reichen des Substrats aufsitzen, so daß das ganze Substrat über mehrere Druckstellen möglichst gleichmäßig auf den Gehäuseboden angepreßt wird. Das die Druckstücke aufneh­ mende Bauteil besteht aus zusätzlich am Gehäuse ange­ schraubten Leisten, welche das Substrat überbrücken und an denen die elastischen Druckstücke nach unten abstehen. Die erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung kann aus wenigen preiswerten Standardbauteilen zusammengestellt werden, der Klemmdruck kann an jeder beliebigen Stelle auch in der Substratmitte aufgebracht werden. Auch an den Substratkanten wird ein guter Klemmdruck gewährleistet und damit ein guter HF-Übergang. Außerdem wird eine gute Wärmeabfuhr auch in Substratmitte gewährleistet. Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß sie jederzeit wieder gelöst werden kann und so beispielsweise eine Dünnschichtschaltung einfach wieder ausgebaut, geprüft oder durch eine andere ersetzt werden kann. Da mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung das Substrat schwimmend auf dem Gehäuseboden gehalten ist, ist eine Beschädigung des Substrats durch thermische Spannungen ausgeschlossen. Die erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung kann für beliebig große Sub­ stratstücke benutzt werden. Die Querleisten für die Ab­ stützung der Druckstücke bewirken eine zusätzliche Ab­ schirmung zwischen benachbarten Schaltungsteilen. Die Druckstücke selbst bestehen vorzugsweise aus einem ge­ eigneten Isoliermaterial wie Silicon mit einer möglichst kleinen Dielektrizitätskonstante, sie müssen nur elastisch nachgiebig sein um einerseits den erforderlichen Klemm­ druck ausüben zu können und andererseits auch eventuelle Toleranzen auszugleichen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt den Querschnitt eines Abschirmgehäuses 1 für eine HF-Dünnschichtschaltung im Maßstab von etwa 2:1, Fig. 2 zeigt in kleinerem Maßstab den zugehörigen Längsschnitt. Das Substrat 2 wird über zusätzliche Leisten 10, die seitlich neben dem Boden 4 für die Aufnahme des Substrats 2 über Schrauben 11 im Inneren des Gehäuses angeschraubt sind, gehalten. Die Leisten 10 überspannen die Oberseite des Substrats 2. Gemäß Fig. 2 sind vorzugsweise mehrere solche Leisten 10 parallel nebeneinander an geeigneten Stellen über dem Substrat angebracht. Auf diesen Leisten 10 sind U-förmige Halter 12 aus Isoliermaterial aufgesetzt, die längs der Leisten 10 verschiebbar sind. In Bohrungen 13 dieser Halter 10 sind wieder kleine zylindrische Druckstücke 9 aus elastisch nachgiebigem Isoliermaterial wie Silicon eingesetzt, die mit ihren Enden wieder auf die Oberfläche des Substrats 2 drücken. Durch die Wahl der Schraubstellen 11 längs des Gehäuses und die Lage der Halter 12 auf diesen mehreren Leisten 10 kann wiederum die gewünschte möglichst gleichmäßige Verteilung der Druckstifte 9 über die Substratoberfläche beliebig gewählt werden.

Fig. 2 zeigt ferner wie mit dieser Befestigungstechnik komplette Trägermodule nebeneinander in einem Gehäuse lösbar befestigt werden können. Der im vergrößerten Maßstab dargestellte Abschnitt Y der Fig. 2 zeigt Ein­ zelheiten dieser Befestigungstechnik für zwei nebenein­ ander angeordnete Trägermodule. Jedes Trägermodul besteht aus einem Träger 14 aus Metall, der über nicht darge­ stellte Schrauben in einer Ausnehmung im Boden des Gehäuses 1 angeschraubt ist. Auf der Oberseite dieses Trägers 14 ist ein aktives Bauelement 15 mit gutem Wärmekontakt aufgelötet, die Wärme dieses Bauelements 15 wird über den Träger 14 zum Gehäuse abgeleitet. Jedem Trägermodul sind Substratabschnitte 2 zugeordnet, die mit ihrem Rändern an die Bauelemente 15 anschließen. Die Leiterbahnen dieser Substratabschnitte 2 sind mit den Anschlüssen des Bauelementes 15 über nicht einge­ zeichnete Bonddrähte verbunden. Die Substratabschnitte 2 überragen die Ränder des Trägers 14 und die Ränder von benachbarten Trägermodulen stoßen in der Mitte zwischen den Trägern 14 auf dem Boden des Gehäuses zusammen, wie dies der vergrößerte Ausschnitt Y unterhalb des Druckstiftes 9 zeigt. Nach dem Befestigen der beiden Trägermodule in den Ausnehmungen des Gehäuses 1 durch Schrauben werden die Leisten 10 eingesetzt und über die Vielzahl von über die Oberfläche verteilten Druckstiften 9 werden die Substratabschnitte 2 nicht nur auf den Gehäuseboden 4, sondern auch auf die Oberfläche der Träger 14 aufgedrückt. Diese Befestigungstechnik besitzt den Vorteil, daß die Stoßstellen zwischen benachbarten Substraten und die Stoßstellen zwischen benachbarten Trägern 14 bzw. zwischen den Trägern 14 und dem Gehäuse 1 nicht an der gleichen Stelle liegen, da die Substrat­ abschnitte 2 ja breiter ausgebildet sind als die Träger 14. Es wird dadurch ein sehr guter Massekontakt herge­ stellt, da die Masseführung einmal über den an dieser Stelle spaltfreien Gehäuseboden und einmal über die metallisierte Rückseite der Substrate erfolgt.

Zur Erleichterung des Ausbaus solcher nur geklemmten Substrate sind vorzugsweise auch die Kontaktübergänge zwischen Substrat und den am Gehäuse befestigten An­ schlußbuchsen als lösbare Schiebekontakte ausgebildet.

Claims (1)

1. Vorrichtung zum Befestigen des Substrates (2) einer HF-Dünnschichtschaltung auf dem Boden (4) eines Abschirmgehäuses (1) mittels eines sich quer über das Substrat (2) erstreckenden und am Abschirmgehäuse (1) angeschraubten Bauteils, das mehrere mit ihren Enden auf der Oberfläche des Substrates (2) aufliegende Druckstifte aus elastisch nachgiebigem Material aufweist, gekennzeichnet durch mehrere das Substrat (2) überbrückende Leisten (10), die mit ihren Enden am Abschirmgehäuse (1) angeschraubt sind und an denen die nach unten abstehenden Druckstifte (9) über längs der Leisten (10) verschiebbare Halter (12) angebracht sind.