DE4446099A1 - Mehrlagige hybridintegrierte Dickschichtschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hybridintegrierte Dickschicht­ schaltung mit mindestens einseitig auf einem Substrat aufge­ druckten Leiterbahnstrukturen, Widerständen und Isolations­ schichten.

Ein wichtiges Einsatzgebiet für hybridintegrierte Dick­ schichtschaltungen sind derzeit Telekommunikationseinrichtun­ gen. Die mit Externleitungen galvanisch verbundenen Telekom­ munikationseinrichtungen können elektrischen Belastungen durch atmosphärische Entladungen ausgesetzt sein, beispiels­ weise treten bei Gewittern auf Freileitungen und angeschlos­ senen Einrichtungen hohe Störspannungen auf. Um die nachfol­ gende Telekommunikationselektronik vor diesen Einflüssen zu schützen, sind Schutzvorrichtungen, beispielsweise in Form von als Hybridschaltungen ausgeführten Speisewiderständen erforderlich.

In den Bellcore- beziehungsweise CCITT-Richtlinien ist das Verhalten dieser Widerstände bei bestimmten Impulsbelastungen beziehungsweise Stoßspannungen festgelegt. Die Störungen wer­ den dabei in zwei Klassen unterteilt, First-Level-Störungen müssen abgefangen werden, bei Second-Level-Störungen darf die Schutzschaltung zwar ausfallen, es darf aber nicht zu Ent­ flammungen kommen. Das grundsätzliche Problem bei derartigen Hybridschaltungen ist demnach, daß die Widerstände mit hohen Spannungsimpulsen und damit auch mit hohen Temperaturen be­ lastbar sein müssen.

In der Hybrid-Dickschichttechnologie werden bisher zwar mehr­ lagige Leiterbahnstrukturen verwendet, die Widerstände wurden bisher jedoch nur in einer Lage auf der Ober- und/oder auf der Unterseite des Substrats gedruckt. Dabei dient die Substratkeramik als Wärmekapazität. Die Impulsfestigkeit der Hybridschaltung kann dann im wesentlichen durch Vergrößerung der beiden Parameter Widerstandsfläche und Wärmekapazität ver­ bessert werden. Beide Maßnahmen sind jedoch kostenaufwendig, wobei die Vergrößerung der Widerstandsfläche durch den dabei ansteigenden Platzbedarf besonders problematisch ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hybridschal­ tung der eingangs genannten Art zu schaffen, die ohne erhöh­ ten Platzbedarf eine verbesserte Impulsfestigkeit aufweist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Wider­ stände auf einer oder beiden Substratseiten in mindestens zwei übereinanderliegenden Lagen angeordnet sind, wobei sie in einer die verschiedenen Lagen voneinander trennenden Iso­ lationsschicht eingebettet sind.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung und eine besonders vor­ teilhafte Anwendung sind in den Unteransprüchen gekennzeich­ net. Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbei­ spiel anhand der einzigen Figur der Zeichnung, die eine ge­ schnittene Seitenansicht einer mehrlagigen Hybridschaltung zeigt, näher erläutert.

In der Figur ist ein Keramiksubstrat 1 dargestellt, auf des­ sen Oberseite eine aus drei und auf dessen Unterseite eine aus zwei Teilschichten 2 zusammengesetzte Isolationsschicht angeordnet ist. Vom Fertigungsablauf her wird jeweils zuerst eine Widerstandslage unmittelbar auf das Keramiksubstrat 1 aufgedruckt. Anschließend wird die erste, unterste Isola­ tions-Teilschicht 2 auf die Widerstände 3 aufgedruckt. In der Figur sind die einzelnen Widerstände 3 als schwarze Balken erkennbar. Die wie üblich im Siebdruckverfahren aufgedruckte Isolations/Widerstands-Schichtebene wird anschließend, wie üblich, einem Einbrennprozeß bei ca. 850°C unterzogen. Dar­ aufhin wird nach Aufbringen der nächsten Widerstandslage die unterste Ebene mit einer darüberliegenden weiteren Isola­ tions-Teilschicht 2 abgedeckt, die auch so strukturiert ist, daß Öffnungen für Vias 4 beziehungsweise für eine Verbindung zur obersten Schicht verbleiben. Anschließend muß auch diese Isolationsschicht/Widerstands-Schichtebene dem beschriebenen Einbrennprozeß unterzogen werden, wobei natürlich auch die in der unteren, ersten Ebene angeordneten Widerstände 3 nochmals erhitzt werden. Dies führt bei Verwendung der bisher üblichen Widerstandspasten zu unerwünschten Änderungen der Wider­ standswerte. Für die Erfindung wird deshalb vorteilhaft eine neu entwickelte Widerstandspaste, zum Beispiel DP 7300 der Firma Dupont, verwendet, die im Hinblick auf die beim Aufbrin­ gen einer schützenden, hochschmelzenden und deshalb besonders hochwertigen Glasabdeckung auftretenden Temperaturbelastungen entwickelt wurde. Die Glasabdeckung wurde früher bei Tempera­ turen von nur 500°C aufgebracht, so daß Probleme hinsichtlich einer Mehrfacherhitzung der Widerstände erst auftreten, wenn hochwertige Glasabdeckungen bei ca. 850°C aufgebracht werden sollen.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Hybridschaltung liegt vor allem darin, daß durch die mehrlagige Anordnung die Fläche, die für die Plazierung der Widerstände zur Verfügung steht, wesentlich erhöht wird. Größere Widerstandsflächen verringern die Stromdichte und verbessern damit die Impulsfestigkeit erheblich. Andererseits ist die Erfindung nicht nur geeignet, die Impulsfestigkeit zu erhöhen, sondern kann ganz allgemein in Standardschaltungen dazu verwendet werden, den Substrat­ flächenbedarf wesentlich zu verringern.

Wie in der Figur dargestellt, können die Widerstände 3 in den verschiedenen Lagen versetzt zueinander angeordnet werden, um die thermische Belastung gleichmäßig auf die gesamte Fläche zu verteilen. Die Belastung der Widerstandsfläche wird durch den mehrlagigen Aufbau zusätzlich verringert, da die Isola­ tionsschicht, also das Dielektrikum insgesamt, als Wärmeka­ pazität dient. Die Widerstände 3 können natürlich auch in unmittelbar benachbarten Lagen unversetzt übereinander ange­ ordnet sein.

Widerstände 3 unterschiedlicher Lagen können über Vias 4 ver­ bunden werden. Da nur die Widerstände 3 auf der obersten Lage abgeglichen werden können, ist es vorteilhaft, für alle Widerstände 3 eine Verbindung zur obersten Lage vorzusehen.

Die Widerstände mindestens einer Lage können vorteilhaft auch als zusammenhängende mäandrierte Widerstandsschicht ausgebil­ det werden. Ein Nachteil hinsichtlich der Impulsfestigkeit durch die verkleinerte Fläche kommt dabei gerade nicht zum Tragen, da aufgrund der Mäanderform niederohmigere Widerstands­ pasten verwendet werden können.

Die erfindungsgemäße Hybridschaltung ist besonders vorteil­ haft als Hochlast-Speisewiderstand in einem Speisenetzwerk insbesondere für Telekommunikationseinrichtungen verwendbar.

Claims (6)

1. Hybridintegrierte Dickschichtschaltung mit mindestens einseitig auf einem Substrat (1) aufgedruckten Leiterbahn­ strukturen, Widerständen (3) und Isolationsschichten, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (3) auf einer oder beiden Substratseiten in mindestens zwei übereinanderliegenden Lagen angeordnet sind, wobei sie in einer die verschiedenen Lagen voneinander trennenden Isolationsschicht eingebettet sind.

2. Hybridschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (3) in den verschiedenen Lagen versetzt zueinander angeordnet sind.

3. Hybridschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in verschiedenen Lagen unversetzt übereinander angeord­ nete Widerstände (3) durch Vias (4) leitend miteinander ver­ bunden sind.

4. Hybridschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (3) mindestens einer Lage als zusammen­ hängende mäandrierte Widerstandsschicht ausgebildet sind.

5. Hybridschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht in Teilschichten (2) aufgedruckt ist, die eine Basis für die folgende Widerstandslage bilden.

6. Verwendung einer Hybridschaltung nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche als Hochlast-Speisewiderstand, insbeson­ dere für Telekommunikationseinrichtungen.